Introdução: A doença arterial coronariana (DAC) persiste com alta morbimortalidade. Várias modalidades diagnósticas não-invasivas estão disponíveis para sua avaliação, incluindo escore de cálcio coronariano (EC), angiotomografia coronariana (AngioTC) e tomografia por emissão de pósitrons com rubídio (PET-CT82Rb), com ótimas sensibilidade e especificidade. A integração destes métodos em um exame híbrido permite delinear extensão anatômica e funcional da aterosclerose, possibilitando diagnósticos mais corretos. Objetivo: Avaliar anatomia coronariana e perfusão miocárdica de pacientes suspeitos ou portadores de DAC com tecnologia híbrida (PETCT82Rb e AngioTC/EC), testando a hipótese da maior acurácia do método híbrido em relação aos métodos isolados, correlacionando com desfecho de IAM/óbito cardíaco após 24 meses. Métodos: Foram incluídos 54 pacientes dos ambulatórios de cardiologia do Instituto do Coração (InCor-HCFMUSP), que realizaram estudo híbrido no departamento de Medicina Nuclear do InCor entre maio e outubro de 2013. A carga aterosclerótica coronariana foi contabilizada pelo escore de cálcio; a quantidade de lesões coronarianas, o grau de redução luminal e a composição das placas foram avaliados através da AngioTC; isquemia/fibrose pelo PET-CT82Rb foi contabilizada através do SDS (summed difference score) do estresse e repouso e a reserva de fluxo coronariana (RFC) foi considerada reduzida quando menor que 2mL/min/g. Após 24 meses, foi realizado contato telefônico e avaliação do prontuário dos pacientes, sendo pesquisado infarto agudo do miocárdio/óbito cardíaco como desfecho clínico principal. Resultados: Dentre os participantes, houve predomínio de homens (61,3%), com idade média de 55,5 ± 12,3 anos. A maioria apresentava sobrepeso/obesidade (76%), hipertensão arterial sistêmica (70,4%) e/ou dislipidemia (61,1%). O protocolo durou uma média de 52,2 ± 3,5 min e a dose total média de radiação foi 12,29 ± 2,88 mSv. A média do EC total foi 127,3 ± 249,0, sendo que 24% da amostra possuíam EC maior que 100. Houve predomínio de placas de ateroma mistas (51,3%), com 13% dos pacientes apresentando lesões angiograficamente significativas ( >= 50%). Oito pacientes apresentaram resultado alterado na análise perfusional qualitativa/semiquantitativa (14,8%), metade com isquemia e metade com fibrose. A RFC estava reduzida globalmente em 18,5% dos pacientes e de forma segmentar em 5,6%. Após 24 meses, 9,3% dos pacientes apresentaram infarto, 60% destes fatais. Houve concordância no máximo moderada dos métodos avaliados com a RFC (Kappa = 0,514; p= 0,001). Quanto ao desempenho dos métodos para ocorrência de IAM em 24 meses, foi demonstrada elevada acurácia da RFC para tal finalidade, com AUROC de 0,963 (IC95% 0,912 - 1,000; p= 0,001), com melhor ponto de corte de 1,975 mL/min/g. Não foi identificada alteração na sensibilidade ou no valor preditivo negativo quando a RFC foi agregada aos outros métodos, inclusive houve redução do valor preditivo positivo e da especificidade em relação à RFC isoladamente. Conclusão: O método híbrido não apresentou maior acurácia que a RFC pelo PET-CT82Rb isoladamente na predição de IAM em dois anos de acompanhamento, todavia, a tomografia cardíaca agrega informações importantes capazes de influenciar a conduta clínica nos pacientes não isquêmicos e possivelmente modifica desfechos em médio/longo prazo / Introduction: Coronary artery disease (CAD) persists with high morbidity and mortality. Several non-invasive diagnostic imaging modalities are available for its evaluation, including coronary calcium score (CS), coronary CT angiography (AngioCT) and positron emission tomography with rubidium (82Rb PET-CT), with excellent sensitivity and specificity. The integration of these methods into a hybrid examination allows delineating the anatomical and functional impact of atherosclerosis, enabling more accurate diagnoses. Objective: To evaluate coronary anatomy and myocardial perfusion of patients with suspected or known CAD with hybrid technology (82Rb PET-CT and AngioCT/CS), testing the hypothesis of the greater accuracy of the hybrid method in relation to the isolated methods, correlating with myocardial infarction/cardiac death outcome after 24 months. Methods: Fifty-four consecutive patients referred from the Cardiology outpatient clinics of the Heart Institute (InCor-HCFMUSP) to perform CAD assessment in a hybrid study in the Department of Nuclear Medicine of InCor, between May and October 2013, were enrolled. The coronary atherosclerotic burden was accounted by CS; the amount of coronary lesions, stenosis severity and plaque composition were evaluated through AngioCT; 82Rb PET-CT perfusional analysis was evaluated through the rest and dipyridamole stress summed difference score (SDS) and the coronary flow reserve (CFR) was considered impaired when < 2mL/min/g. After 24 months, the composite outcome of myocardial infarction and cardiac death was evaluated through telephone contact and patient\'s medical records. Results: From the 54 enrolled patients, mean age was 55.5 ± 12.3 years and 61% were male. Most patients presented overwheight/obesity (76%), systemic arterial hypertension (70%) and/or dyslipidemia (61%). The protocol lasted an average of 52.2 ± 3,5 min and mean radiation dose was 12.29 ± 2,88 mSv. The mean total CS was 127.3 ± 249.0, and 24% of the patients were above 100. There was a predominance of patients with mixed atheroma plaques (51.3%) and 13% presented angiographically significant lesions ( >= 50%). Eight patients presented perfusion impairment in the qualitative/semi-quantitative perfusion analysis (14.8%), half with ischemia and half with fibrosis. The CFR was globally reduced in 18.5% of the sample and in a segmental manner in 5.6%. After 24 months of follow-up, 9.3% of the patients had a myocardium infarction, 60% of these were fatal. A maximum of moderate agreement was found between the methods and CFR (Kappa = 0.514, p= 0.001). Regarding the performance of the different methods for predicting infarction in 24 months, CFR reached high accuracy, with AUROC of 0.963 (95% CI 0.912 - 1.0; p= 0.001), with a cutoff point of 1.975 mL/min/g. No variation in neither sensitivity nor negative predictive value was identified when the other methods were added to CFR, instead, there was a reduction in positive predictive value and specificity in relation to unaided CFR. Conclusion: There was no incremental value of the hybrid method when compared to isolated CFR 82Rb PET-CT for the prediction of myocardial infarction in two years follow-up. However, cardiac CT aggregates important information capable of influencing clinical management of nonischemic patients and possibly modifies medium/long-term cardiac outcomes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O aumento exponencial dos gastos em saúde demanda estudos econômicos que subsidiem as decisões de agentes públicos ou privados quanto à incorporação de novas tecnologias aos sistemas de saúde. A tomografia de emissão de pósitrons (PET) é uma tecnologia de imagem da área de medicina nuclear, de alto custo e difusão ainda recente no país. O nível de evidência científica acumulada em relação a seu uso no câncer pulmonar de células não pequenas (CPCNP) é significativo, com a tecnologia mostrando acurácia superior às técnicas de imagem convencionais no estadiamento mediastinal e à distância. Avaliação econômica realizada em 2013 aponta para seu custo-efetividade no estadiamento do CPCNP em comparação à estratégia atual de manejo baseada no uso da tomografia computadorizada, na perspectiva do SUS. Sua incorporação ao rol de procedimentos disponibilizados pelo SUS pelo Ministério da Saúde (MS) ocorreu em abril de 2014, mas ainda se desconhecem os impactos econômico-financeiros decorrentes desta decisão. Este estudo buscou estimar o impacto orçamentário (IO) da incorporação da tecnologia PET no estadiamento do CPCNP para os anos de 2014 a 2018, a partir da perspectiva do SUS como financiador da assistência à saúde. As estimativas foram calculadas pelo método epidemiológico e usaram como base modelo de decisão do estudo de custo-efetividade previamente realizado. Foram utilizados dados nacionais de incidência; de distribuição de doença e acurácia das tecnologias procedentes da literatura e de custos, de estudo de microcustos e das bases de dados do SUS. Duas estratégias de uso da nova tecnologia foram analisadas: (a) oferta da PET-TC a todos os pacientes; e (b) oferta restrita àqueles que apresentem resultados de TC prévia negativos. Adicionalmente, foram realizadas análises de sensibilidade univariadas e por cenários extremos, para avaliar a influência nos resultados de possíveis fontes de incertezas nos parâmetros utilizados. A incorporação da PET-TC ao SUS implicaria a necessidade de recursos adicionais de R$ 158,1 (oferta restrita) a 202,7 milhões (oferta abrangente) em cinco anos, e a diferença entre as duas estratégias de oferta é de R$ 44,6 milhões no período. Em termos absolutos, o IO total seria de R$ 555 milhões (PET-TC para TC negativa) e R$ 600 milhões (PET-TC para todos) no período. O custo do procedimento PET-TC foi o parâmetro de maior influência sobre as estimativas de gastos relacionados à nova tecnologia, seguido da proporção de pacientes submetidos à mediastinoscopia. No cenário por extremos mais otimista, os IOs incrementais reduzir-se-iam para R$ 86,9 (PET-TC para TC negativa) e R$ 103,9 milhões (PET-TC para todos), enquanto no mais pessimista os mesmos aumentariam para R$ 194,0 e R$ 242,2 milhões, respectivamente. Resultados sobre IO, aliados às evidências de custo-efetividade da tecnologia, conferem maior racionalidade às decisões finais dos gestores. A incorporação da PET no estadiamento clínico do CPCNP parece ser financeiramente factível frente à magnitude do orçamento do MS, e potencial redução no número de cirurgias desnecessárias pode levar à maior eficiência na alocação dos recursos disponíveis e melhores desfechos para os pacientes com estratégias terapêuticas mais bem indicadas. / The exponential increase in health spending requires economic studies, in order to support decisions of public or private agents related to the incorporation of new technologies to health systems. Positron emission tomography (PET) is an imaging technology in the field of nuclear medicine, of high cost and still recent in the country. Scientific evidence accumulated in relation to its use in non-small cell lung cancer (NSCLC) is significant, and technology proves to be of higher accuracy than conventional imaging techniques in mediastinal and distance staging. Economic evaluation conducted in 2013 indicates its cost-effectiveness in NSCLC staging compared to current management strategy based on the use of computed tomography (CT) in the perspective of the Brazilian Health System (SUS). It was incorporated to the list of procedures available through SUS by Ministry of Health (MoH) in April, 2014; however, the economic and financial impacts of this decision are still unknown. This study aimed to estimate the budgetary impact (BI) of the incorporation of PET in NSCLC staging for 2014 to 2018 from the perspective of SUS as the financier of health care. Estimates were calculated by the epidemiological method, and used as basis decision model from previous cost-effectiveness study. National data on incidence of the disease; distribution of prevalence of the disease and technologies accuracy from literature; and costs from microcosting study and SUS database were used. Two strategies of use of the new technology were analyzed: offer (a) to all patients, and (b) restricted to those with negative result of CT. Additionally, univariate and extreme scenarios sensitivity analysis were performed to assess the influence on the results of possible sources of uncertainty in the parameters used. The incorporation of PET-CT to SUS implies the need of additional resources from R$ 158.1 (limited offer) to 202.7 million (comprehensive offer) in five years, and the difference between the two strategies is R$ 44.6 million in the period. In absolute terms, the total BI would be of R$ 555 million (PET-CT for negative CT) and R$ 600 million (PET-CT for all) in the period. The cost of the procedure PET-CT was the most influential parameter on the expenditures estimates related to new technology, followed by the proportion of patients undergoing mediastinoscopy. In the most optimistic extreme scenario, incremental BI would drop to R$ 86.9 (PET-CT for negative CT) and R$ 103.9 million (PET-CT for all), while in the most pessimistic scenario it would increase to R$ 194.0 and R$ 242.2 million, respectively. Results of BI, combined with evidence of cost-effectiveness of the technology gives greater rationality to the final decisions of policymakers. The incorporation of PET in NSCLC staging seems financially feasible when faced to the magnitude of the MoH budget, and potential reduction in the number of unnecessary surgeries can lead to more efficient allocation of resources and better outcomes for patients with better indicated therapeutic strategies.

Introducão: o comprometimento cognitivo leve (CCL) é reconhecido como um estágio transicional sintomático entre o envelhecimento normal e a demência, particularmente a doença de Alzheimer (DA). Apresenta como subtipos principais o amnéstico (CCLa), com comprometimento de memória, e o não amnéstico (CCLna), que apresenta perda de outras funções, principalmente executivas, de atenção, de linguagem e visuoespaciais. Aparentemente o CCLna tem menor taxa de conversão para demências ao longo do tempo que o subtipo amnéstico, particularmente para a DA. Dessa forma, o CCLna poderia apresentar um perfil de biomarcadores diferente do CCLa no momento do diagnóstico. Estudos na literatura investigando o padrão de biomarcadores no CCLna como grupo independente são raros, alguns destes indicando perfil menos relacionado à DA no CCLna que o visto no CCLa. Segundo nosso conhecimento, não há estudos investigando concomitantemente volume e metabolismo cerebrais, além de biomarcadores no LCR de uma mesma amostra de CCLna, em comparação com CCLa e um grupo de idosos cognitivamente normais. Objetivo: investigar as alterações de volume e metabolismo cerebral em grupos de indivíduos com os subtipos amnéstico e não amnésico de CCL, comparativamente a voluntários idosos sem comprometimento cognitivo, com o intuito de avaliar se há concordância entre estas alterações. Avaliou-se ainda possíveis associações entre os perfis dos estudos de imagem com padrões classicamente descritos na para CCL em risco de evolução para DA, investigando ainda a existência de correlações entre destes achados com o dos diferentes biomarcadores no LCR e com dados clínicos. Métodos: cento e quatorze voluntários foram incluídos em três diferentes grupos: gCCLna (N = 38), gCCLa (N = 46) e GC (N = 30). Após entrevista clínica, exame neurológico e classificação por uma bateria de testes neuropsicológicos, estes foram submetidos a exames de RM cerebral (para excluir outras causas de comprometimento cognitivo e para análise de morfometria baseada em voxels - VBM) e de PET-18FDG cerebral. Analisou-se ainda os valores de biomarcadores no LCR (A?, tau e p-tau) de uma subamostra de pacientes (CCLna = 33, CCLa = 38). Resultados: os três grupos não apresentaram diferenças em relação às variáveis idade, escolaridade, sexo, fatores de risco cardiovascular (exceto por maior prevalência de dislipidemia no gCCLa) e hiperintensidades de substância branca na RM. Menores valores de mini-exame do estado mental foram observado nos grupos CCLa e CCLna em relação ao GC. O subgrupo amnéstico apresentou redução de volume em porções mediais e polares de ambos os lobos temporais em comparação com GC e gCCLna, além de áreas de redução do metabolismo no giro do cíngulo posterior e pré-cúneo direitos e giro temporal médio esquerdo em relação ao GC. Esse padrão de redução volumétrica e metabólica não foi visto no gCCLna, que demonstrou discreta redução volumétrica nos giros temporal inferior esquerdo e frontal médio direito em comparação com o GC. Nenhuma alteração metabólica persistiu no subgrupo não amnéstico após correção para efeito de volume parcial em comparação com o GC, havendo redução metabólica bilateral no giro frontal médio em comparação com o gCCLa. Não houve diferenças significativas nos biomarcadores de LCR entre os grupos CCLa e CCLna. Houve, porém, tendência de menores valores de peptídeo A? no gCCLa. Observou-se correlação positiva entre metabolismo no giro temporal médio esquerdo e rendimento em testes de memória; correlação negativa também foi observada entre os valores de A? e os de tau e p-tau no LCR. Conclusão: os grupos CCLa e CCLna apresentaram alterações de volume e metabolismo diferentes em comparação com o grupo controle, e estas alterações não apresentaram concordância entre si. Também não foram encontradas correlações entre os diferentes biomarcadores de imagem e no LCR, notando-se apenas correlação positiva entre metabolismo temporal e desempenho em testes de memória. O gCCLa apresentou padrões de metabolismo e volume cerebrais classicamente relacionados a risco de evolução para DA. Por outro lado, o grupo CCLna apresentou um padrão diferente de alterações metabólicas e volumétricas, com áreas menores de redução de volume e padrão mais heterogêneo de alterações metabólicas em relação ao grupo controle. O conjunto de achados de biomarcadores no gCCLna não é indicativo de nenhum perfil específico de evolução para demências / Introduction: Mild cognitive impairment (MCI) is presumably a transitional stage between normal aging and dementia, particularly Alzheimer\'s disease (AD). Non-amnestic subtypes (naMCI) present with executive, attention, visuospatial and language dysfunctions. They have a lower conversion rate to dementia compared to amnestic subtypes (aMCI). Investigations regarding biomarker profiles of naMCI as an independent group are scarce. To our knowledge there is no study investigating the brain volumetric and metabolic features, as well as the profile of cerebrospinal fluid (CSF) biomarkers of naMCI patients as a single group in comparison to aMCI and cognitively normal elderly patients (control group - CG). Objective: to investigate the brain volumetric and metabolic changes in individuals presenting amnestic and non-amnestic MCI subtypes in comparison to elderly volunteers without cognitive impairment, aiming to verify if there are agreements between these changes. Possible associations between the imaging profile of these groups and classical patterns of high risk for developing AD were also evaluated, as well as possible correlations between imaging biomarkers, CSF biomarkers and clinical data. Methods: a hundred and fourteen (114) patients were included in three different groups: naMCIg (N = 38), aMCIg (N = 46) and CG (N = 30). Patients underwent brain MRI (in order to exclude other causes of the cognitive impairment but also for VBM analysis) and [18F]FDG-PET. A subsample (naMCIg = 33, aMCIg = 38) also underwent a lumbar puncture in order to assess the profile of amyloid-ß peptide, tau and phosphorylated tau protein levels in the CSF. Results: There was no difference in CSF biomarkers, education years, age, gender and cardiovascular risk factors between the naMCI and aMCI groups, except for a higher prevalence of dyslipidemia in aMCI. The amnestic MCI group had lower rBGM in relation to control group in the precuneus, posterior cingulate and left medium temporal gyrus. Compared to aMCIg, naMCIg presented with bilateral prefrontal cortex hypometabolism, but without metabolic changes in relation to CG after correction for partial volume effect. Amnestic MCI group had bilateral temporal lobe volume reduction in comparison to naMCI and CG, particularly in the polar and mesial parts of the temporal lobe. Non-amnestic MCI presented with discrete volumetric reductions in comparison to CG, Conclusion: Volumetric and metabolic alterations were different and essentially discordant between aMCI and naMCI groups in comparison to CG. Amnestic MCI showed metabolic and volumetric profiles classically related to MCI due to AD, while naMCI group presented with less-significant areas of volumetric and metabolic reductions in relation to control group. Our non-amnestic MCI group probably represents a heterogeneous group with a different pattern of neurodegeneration than the classical MCI due to AD

INTRODUÇÃO E OBJETIVOS: A doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA) tem sido associada ao carcinoma hepatocelular (CHC), muitas vezes em paciente com hepatopatia avançada. Este estudo objetivou avaliar o efeito do sorafenibe no modelo experimental de CHC avançado secundário à DHGNA, padronizar o PET com 18F-FDG para avaliar o CHC neste modelo e avaliar se há relação entre o grau de avidez pelo 18F-FDG e o grau de diferenciação tumoral do CHC. METODOLOGIA: Estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais. Foram utilizados trinta ratos Sprague-Dawley, machos, com 3 meses de vida, pesando entre 300-400g. O CHC secundário à DHGNA foi induzido pela combinação de dieta hiperlipídica deficiente em colina e dietilnitrosamina na dose de 100 mg/ L na água de beber ad libitum por 16 semanas. Após este período foram suspensos os estímulos carcinogênicos, realizou-se ultrassonografia abdominal para caracterização dos nódulos hepáticos maiores que 2 mm, e foi feita a divisão dos dois grupos segundo randomização e iniciada a administração diária do fármaco por gavagem durante 3 semanas: Controle (n=10) - 1 mL salina, Sorafenibe (n=20): 5mg/ kg/ dia. Ao término do tratamento, os animais realizaram PET (Gamma Medica-Ideas, USA) com 18F-FDG (média de 18F-FDG injetada de 1,02 ± 0,17 mCi ou 37,7 ± 6,29 MBq). Três dias após o PET, os animais foram anestesiados e foi feita a eutanásia, quando foi coletado material hepático. As lâminas foram avaliadas, por patologista veterinário experiente, na coloração de hematoxilina-eosina e imunohistoquímica para glutamina sintetase, antígeno específico de hepatócitos 1 e citoqueratina-19. RESULTADOS: A mortalidade nos dois grupos foi de 60% (p=0,07). Os achados ultrassonográficos mostraram grupos homogêneos com média de nódulos por animal: 4,88 ± 2,75 no controle e 4,95 ± 3,11 no sorafenibe (p=0,48). Na 19ª semana, viu-se que a média de lesões hipercaptantes por animal no PET foi de 4,37 ± 1,59 no grupo sorafenibe e 8,5 ± 3,7 no controle (p=0,006). A avidez máxima do 18F-FDG (SUVmáx) foi diferente entre os grupos estudados: 2,4 ± 1,98 no sorafenibe e 3,8 ± 1,74 no controle (p=0,01). Houve correlação direta entre o CHC pouco diferenciado/indiferenciado e os maiores valores de SUVmed (R2 = 0,34, p=0,04), SUVmax (R2 = 0,44, p=0,01), relação Tumor SUVmax/Fígado SUVmax (R2 = 0,42, p=0,02) e relação Tumor SUVmax/ Músculo SUVmax (R2 = 0,54, p=0,006). A média por animal de CHC confirmado pela histologia foi menor no grupo sorafenibe que no controle (5,5 ± 1,5 vs 3,3 ± 0,48, p=0,01). E o grupo tratado com sorafenibe apresentou mais CHC bem diferenciado que o controle (39% vs 5%, respectivamente, p=0,01), bem como, menor presença de CHC pouco diferenciado que o grupo controle (52% vs 81%, p-0,003). CONCLUSÃO: O sorafenibe reduziu o número médio de CHC, a agressividade dos CHC e menor SUVmax dos tumores. A metodologia do PET foi padronizada para este modelo animal específico. O PET 18F-FDG pode ser utilizado para avaliar não invasivamente o grau de diferenciação histológica do CHC, pois valores maiores de SUVmed, SUVmax, Tumor SUVmax/Fígado SUVmax e Tumor SUVmax/ Músculo SUVmax foram correlacionados com CHC pouco diferenciado / BACKGROUND AND AIMS: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) has been linked to hepatocellular carcinoma (HCC), often in patients with advanced liver disease. This study aimed to: assess the effect of sorafenib in the experimental model of NAFLD related HCC, standardize PET 18F-FDG to be an assessment tool of HCC in this model and to assess if there is a correlation between the degree of avidity for 18F-FDG and the degree of tumor differentiation. METHODS: The ethics committee on animal use approved this study. Thirty male sprague-dawley rats were used, weighing between 300-400g. NAFLD related HCC was induced by the combination of fat and choline deficient diet with diethylnitrosamine (100 mg/L) in drinking water for 16 weeks. After this period these carcinogenic stimuli were suspended, and liver nodules were identified by abdominal ultrasound. Two groups were randomized: control (n=10) and treatment (n=20). Rats received daily gavage administration of 1 mL saline in the control group and sorafenib (5mg/kg/day) in the treatment group. After treatment, animals performed PET (Gamma Medica-Ideas, USA) with 18F-FDG (average of 18F-FDG injected 1.02 ± 0.17 mCi or 37.7 ± 6.29 MBq). Three days after the PET, the animals were anesthetized and euthanized. Histological aspect was evaluated by experienced veterinary pathologist. RESULTS: The mortality in both groups was 60% (p = 0.07). The sonographic findings showed homogeneous groups with average nodules per animal of: 4.88 ± 2.75 in control and 4.95 ± 3.11 in sorafenib (p = 0.48). On the 19th week, it was observed that the average hypercaptant lesion per animal in PET was 4.37 ± 1.59 in the sorafenib group and 8.5 ± 3.7 in control group (p = 0.006). Average SUVmax was different between groups: 2.4 ± 1.98 in the sorafenib group and 3.8 ± 1.74 in the control group (p = 0.01). A direct correlation was found between the poorly differentiated HCC and larger values of: SUVmed (R2 = 0.34, p = 0.04), SUVmax (R2 = 0.44, p = 0.01) tumorSUVmax / LiverSUVmax ratio (R2 = 0.42, p = 0.02) and tumorSUVmax / MuscleSUVmax ratio (R2 = 0.54, p = 0.006). HCC average per animal was lower in the sorafenib group than in the control group (5.5 ± 1.5 vs. 3.3 ± 0.48; p = 0.01). And sorafenib group had more well differentiated HCC (39% vs 5%, respectively, p = 0.01) and lower presence of poorly differentiated HCC (52% vs 81%, p -0.003) than the control group. CONCLUSION: Sorafenib reduced the average number of HCC, the aggressiveness of HCC and lowered values of tumors SUVmax. The methodology of PET was standardized for this particular animal model. PET 18F-FDG can be used noninvasively to assess the degree of histological differentiation of HCC, as higher values of SUVmed, SUVmax, tumorSUVmax/ LiverSUVmax ratio and tumorSUVmax / MuscleSUVmax ratio were correlated with poorly differentiated HCC

Introdução: Na investigação não invasiva da doença arterial coronariana (DAC), destacam-se como métodos anatômicos de acurácia elevada a tomografia computadorizada (TC) para avaliação do Escore de Cálcio (EC) e a angiotomografia de coronárias (Angio-TC), e como método funcional a tomografia por emissão de pósitrons com Rubídio-82 (PET com 82Rb). As informações destes métodos se complementam e apresentam grande capacidade de ajudar na decisão terapêutica. Entretanto, muitas vezes, apenas um destes métodos está disponível na prática clínica, com destaque para a recente expansão da Angio-TC. Objetivos: Avaliar dois métodos diagnósticos não invasivos de referência quanto a análise anatômica e funcional coronariana e demonstrar a correlação entre a carga aterosclerótica pelo EC e o grau de obstrução coronariana pela Angio-TC com alterações de perfusão miocárdica através do PET com 82Rb. Material e Métodos: Estudo de corte transversal que incluiu 96 pacientes com suspeita de DAC significativa que realizaram PET com 82Rb sob estresse farmacológico no Departamento de Radiologia/Medicina Nuclear do InCor-HCFMUSP no período de junho a outubro de 2013, e que foram submetidos a Angio-TC dentro de até 30 dias. Placas coronarianas pela Angio-TC foram caracterizadas quando extensão, severidade e composição. Isquemia pelo PET com 82Rb foi definido como diferença entre os escores de estresse e repouso (SDS) maior ou igual a 2, e reserva de fluxo miocárdico (RFM) reduzido quando menor que 2. Resultados: Houve equilíbrio na distribuição do sexo (51% feminino), com média de idade de aproximadamente 59 anos. A hipertensão foi o fator de risco predominante (85%), seguida de dislipidemia (72%) e diabetes (35%). Angina foi o sintoma mais frequente (48%). As doses totais de radiação dos exames de TC foram relativamente baixas, sobretudo quando realizado no aparelho de 320 detectores (média de 2,79 mSv). A média do EC foi de 209,98 ± 488,68. O EC, principalmente quando maior que 400, teve forte associação com isquemia (razão de chances: 35,2; intervalo de confiança [IC] de 95%: 6,4 - 193,4). Estenose coronariana obstrutiva ( > 50%) pela Angio-TC também se correlacionou com maior risco de isquemia, especialmente quando a lesão detectada foi maior que 70% (razão de chances: 24,8; IC 95%: 7,6 - 80,3). Após ajustes para demais variáveis, tanto EC quanto estenose coronariana permaneceram associadas de forma independente. A combinação destas duas avaliações teve bom desempenho no diagnóstico de isquemia (área sobre a curva: 0,85; IC 95%: 0,74 - 0,95). Com relação à composição de placas, pacientes com RFM diminuída tiveram uma proporção significativamente maior de placas não-calcificadas e mistas do que aqueles com RFM preservada (p=0,006). Mais importante, estes tipos de composição de placa estiveram de forma independente associados com redução da RFM (razão de chances: 1,48; IC 95% 1,11 - 2,04). Conclusão: A Angio-TC e o EC se mostraram importantes preditores anatômicos, isolados e associados, na identificação de isquemia utilizando o PET com 82Rb como referência. Placas mistas e não-calcificadas se correlacionam com redução de RFM. Estas informações tem um importante papel na estratificação de risco cardiovascular de pacientes com DAC / Background: In the investigation of coronary artery disease (CAD), two highly accurate non-invasive methods play central roles, being the Coronary Computed Tomography (CTA) with Calcium Score (CS) the preferred exam for anatomical assessment, and Rubidium-82 PET-CT (82Rb PET/CT) for functional perfusional analysis. This information enables decision-making for clinicians on most settings, but unfortunately, only one of these exams is available on most medical centers, mostly CTA, which is now widely used worldwide. Objectives: To evaluate two reference non-invasive methods for CAD assessment, and demonstrate the correlation between plaque burden and anatomical stenosis degree, seen on CTA with CS, with the perfusional profile seen on 82Rb PET/CT. Methods: 96 individuals who performed 82Rb PET/CT for the evaluation of significant CAD at the Nuclear Medicine Department of the Heart Institute (InCor) of the University of Sao Paulo Medical School from June to October 2013 were included. CTA was performed during PET or scheduled during the next 30 days on a different scanner for the remaining patients. Coronary plaques on CTA/CS were then evaluated regarding extension, composition and flow-limiting stenosis degree. 82Rb PET/CT perfusion impairment was defined as present when rest and stress score difference (SDS) was >= 2, or when quantitative myocardial flow reserve (MFR) was under 2. Results: Mean age was 59 years old, and gender was balanced in the sample (female 51%). Hypertension was the most prevalent CAD risk factor (85%), followed by dyslipidemia (72%) and diabetes (35%). Chest pain was present in almost half the population (48%). Effective radiation exposure was low, especially when CTA was performed on the 320MDCT scanner (mean 2,79 mSv). Mean calcium score was 209,98 ± 488,68, demonstrating a strong association with ischemia, especially when above 400 (odds ratio: 35,2; 95% confidence interval [95%CI]: 6,4 - 193,4). Flow-limiting coronary stenosis (> 50%) seen on CTA also correlated with ischemia, especially when superior to 70% (odds ratio: 24,8; 95%CI: 7,6 - 80,3). After adjustment for other independent variables, either CS and CTA remained independently associated with ischemia. The combination of these two variables had a good performance for the detection of ischemia (area under curve: 0,85; 95%CI: 0,74 - 0,95). Regarding plaque composition, patients with mixed or noncalcified plaques were more likely to present decreased MFR (p=0,006). More importantly, these plaques were independently associated to reduced MFR (odds ratio: 1,48; 95%CI: 1,11 - 2,04). Conclusions: CTA and CS were important anatomical predictors of ischemia, either isolated or in association, using 82Rb PET/CT as reference. The presence of mixed or noncalcified plaques was significantly associated to decrease in MFR. These information are of emerging importance for DAC evaluation and management

INTRODUÇÃO: Os fatores de risco cardiovascular (FRCV) afetam o fluxo sanguíneo cerebral, contribuindo possivelmente para o declínio cognitivo e a emergência da Doença de Alzheimer (DA), a forma mais comum de demência. A tomografia por emissão de pósitrons (positron emission tomography, PET) com fluordesoxiglucose F18 (18F-FDG) é largamente usada para demonstrar o padrão específico de metabolismo cerebral de glicose reduzido em sujeitos com DA e em indivíduos não-demenciados portadores do alelo e4 da apolipoproteína E (APOE e4), o maior fator de risco genético para DA. Entretanto, estudos de PET investigando o impacto dos FRCV no metabolismo cerebral são escassos. OBJETIVO: Examinar se níveis diferentes de FRCV estariam associados com reduções na taxa de metabolismo cerebral de glicose (TMCG), envolvendo as regiões cerebrais afetadas nos estágios iniciais da DA (pré-cúneo e giro do cíngulo posterior, neocórtex parieto-temporal lateral e região hipocampal). MÉTODOS: Nós avaliamos 59 indivíduos cognitivamente preservados (66-75 anos) subdivididos em três grupos de acordo com seu escore para Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) (alto-risco, médio-risco e baixo-risco) para os exames de ressonância magnética (RM) e de PET-FDG. Dados de PET foram corrigidos para os efeitos de volume parcial a fim de evitar efeitos confundidores devido à atrofia cerebral regional. Nós realizamos uma análise de covariância global (ANCOVA) para investigar as reduções de TMCG em associação com os três grupos, comparações entre dois grupos para as diferenças de TMCG pelo teste-t, e índices de correlação linear voxel-a-voxel entre os valores de TMCG e escores FCHDR. Todas as análises incluíram a presença ou a ausência do APOE e4 como covariada confundidora de interesse. RESULTADOS: A investigação ANCOVA de diferenças de TMCG entre os três grupos mostraram significantes diferenças de TMCG somente no giro parahipocampal direito (p=0,032). Nas comparações entre dois grupos, reduções de TMCG significantes foram detectadas no grupo de altorisco comparado ao baixo-risco no pré-cúneo esquerdo (p=0,008) e o giro do cíngulo posterior esquerdo (p=0,007). Focos inesperados de reduções de TMCG no grupo baixo-risco comparado ao grupo alto-risco no giro parahipocampal foram detectados em ambos os hemisférios direito (p=0,001) e esquerdo (p=0,045). Havia também uma significante correlação linear positiva entre valores de TMCG e escores FCHDR no giro parahipocampal em ambos os lados direito (p=0,007) e esquerdo (p=0,025). CONCLUSÃO: Depois de controlar para a presença do APOE 4, nossos achados de hipofunção cerebral regional relacionado a FRCV mantiveram a significância estatística no pré-cúneo e no giro do cíngulo posterior, as duas regiões cerebrais onde comprometimentos funcionais são os mais consistentemente detectados nos estágios incipientes da DA. Isso sugere que os achados de hipometabolismo cerebral similares àqueles vistos nos sujeitos com DA podem ser vistos em associação com a gravidade de FRCV em amostras de indivíduos cognitivamente preservados. Uma possível explicação para o hipermetabolismo relativo no giro parahipocampal nos indivíduos com elevados FRCV seria um viés na seleção da amostra. É possível que nós tenhamos excluídos os sujeitos com os níveis mais graves de risco cardiovascular que teriam exibido os padrões de reduções de TMCG no giro parahipocampal, forçando a seleção de indivíduos que estão para o alto risco cardiovascular, mas que são capazes de exibir mecanismos compensatórios para manter o funcionamento metabólico adequado para as regiões temporolímbicas, as quais são vulneráveis às mudanças microvasculares / INTRODUCTION: Cardiovascular risk factors (CVRF) are known to affect cerebral blood flow, possibly contributing to cognitive decline and to the emergence of Alzheimers disease (AD), the commonest form of dementia. Positron emission tomography (PET) with 18-fluoro-2-deoxyglucose (18FFDG) has been widely used to demonstrate specific patterns of reduced brain glucose metabolism in AD subjects and in non-demented individuals carriers of the apolipoprotein e4 allele (APOE e4), the major genetic risk factor for DA. However, PET studies investigating the impact of CVRF on cerebral metabolism have been scarce to date. OBJECTIVE: To examine whether different levels of CVRF would be associated with cerebral metabolic rate of glucose (CMRgl) reductions, involving brain regions affected in early stages of DA (precuneus and posterior cingulate gyrus, lateral temporalparietal neocortices and hippocampal region). METHODS: We assessed 59 cognitively preserved individuals (66-75 years), subdivided into three groups according to their Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) score (high-risk, medium-risk, and low-risk), both with magnetic resonance imaging (MRI) and FDG-PET scans. PET data were corrected for partial volume effects to avoid confounding effects due to regional brain atrophy. We performed an overall analysis of covariance (ANCOVA) to investigate CMRgl reductions in association with the three groups, two-group comparisons of CMRgl differences by t-tests, and voxelwise linear correlation indices between CMRgl values and FCHDR scores. All analysis included the presence or absence of the APOE 4 allele as a confounding covariate of interest. RESULTS: The ANCOVA investigation of CMRgl differences across the three groups showed significant CMRgl differences only in the right parahippocampal gyrus (p=0.032). In the two-group comparisons, significant CMRgl reductions were detected in the high-risk group compared to the lowrisk group in the left precuneus (p=0.008); and the left posterior cingulate gyrus (p=0.007). Unexpected foci of CMRgl reductions in the low-risk compared to the high-risk group in the parahippocampal gyrus were detected, both on the right (p=0.001) and left (p=0.045) hemispheres. There was also a significant positive linear correlation between CMRgl values and FCHDR scores in the parahippocampal gyrus both for the right (p=0.007) and left (p=0.025) sides. CONCLUSION: After controlling for the presence of the APOE 4 allele, our findings of CVRF-related regional brain hypofunction retained statistical significance in the precuneus and posterior cingulate gyrus, the two brain regions where functional impairments are most consistently detected in incipient stages of AD. This suggests that findings of brain hypometabolism similar to those seen in AD subjects can be seen in association with the severity of CVRF in samples of cognitively preserved individuals. One possible explanation for the relative hypermetabolism in the parahippocampal gyrus in high CVRF individuals would be a bias in the sample selection. It is possible that we have excluded subjects with severest levels of cardiovascular risk who would have displayed patterns of reduced CMRgl in the parahippocampal gyrus, forcing the selection of individuals who are at high cardiovascular risk but are capable of displaying compensatory mechanisms to maintain adequate metabolic functioning in temporolimbic regions vulnerable to microvascular changes

INTRODUÇÃO: Cerca de 80% dos nódulos de tireóide com citologia indeterminada são benignos. É possível que a tomografia por emissão de pósitrons (PET) com 2-[18F]- fluoro-2-desoxi-D-glicose (FDG) ajude a identificar quais dessas lesões são malignas. A captação de FDG depende da expressão de GLUTs (transportadores de glicose transmembrana) e hexoquinases. Captação difusa de FDG no leito tireoidiano tem ainda sido associada à tireoidite autoimune crônica (TAC), embora haja evidências de que pacientes com parênquima tireoidiano aparentemente sadio possam ter essa alteração. OBJETIVOS: (1) Determinar a sensibilidade e especificidade da PET-FDG no diagnóstico pré-operatório de malignidade dos nódulos tireoidianos, especialmente daqueles com resultados citológicos indeterminados, e avaliar esse desempenho no subgrupo de pacientes com TAC. (2) Determinar a correlação entre o achado de captação difusa tireoidiana da FDG à PET com o diagnóstico histopatológico de TAC e compará-la às concentrações plasmáticas dos anticorpos antitireoidianos. (3) Determinar a correlação entre a expressão dos marcadores imuno-histoquímicos GLUT 1, GLUT 3, GLUT 12, hexoquinase 2 e hexoquinase 3 com o diagnóstico histopatológico dos nódulos e com a captação de FDG apresentada pelos mesmos. MÉTODOS: 56 pacientes com nódulo de tireóide (42 com citologia indeterminada, 10 compatíveis com carcinoma papilífero e 4 com citologia benigna) realizaram PET-FDG e foram submetidos à tireoidectomia. Os resultados da PET-FDG foram comparados com o diagnóstico histopatológico do nódulo, com o infiltrado linfocitário no parênquima tireoidiano, com o diagnóstico de TAC e com os resultados do estudo imuno-histoquímico de micromatriz tecidual de tecido correspondente ao nódulo tireoidiano puncionado e ao tecido tireoidiano não nodular. RESULTADOS: 1) Todos os 21 pacientes com câncer de tireóide (11 com citologia indeterminada) apresentaram captação focal de FDG na tireóide. 2) Captação focal de FDG correlacionou-se com maior risco de malignidade (p<0,001). 3) Dos 31 pacientes com nódulos benignos com citologia indeterminada, 12 não tinham captação focal de FDG (especificidade de 39%). 4) Captação difusa no leito tireoidiano à PET-FDG foi associada à presença de TAC no exame histopatológico (p=0,019). Porém, 5 pacientes, sem sinais de infiltrado linfocitário, apresentaram captação difusa à PET-FDG. 5) Imunoexpressão dos anticorpos contra GLUTs 1, 3 e 12 e hexoquinases 2 e 3 nas células epiteliais dos nódulos não esteve positivamente associada com captação de FDG e com malignidade. 6) Não houve associação entre captação difusa de FDG no leito tireoidiano e imunoexpressão desses marcadores no parênquima tireoidiano não nodular. CONCLUSÕES: 1) A PET-FDG tem alta sensibilidade para diagnóstico de lesões malignas de tireóide, com especificidade de 39% para nódulos com citologia indeterminada. 2) Captação difusa de FDG no leito tireoidiano está associada à presença de TAC, mas pode ocorrer em pacientes sem infiltrado linfocitário. 3) A imuno-histoquímica para os anticorpos contra GLUTs 1, 3 e 12 e hexoquinases 2 e 3 não contribui para a diferenciação de nódulos malignos dos benignos e não se associa com a captação de FDG pelos nódulos / INTRODUCTION: Around 80% of thyroid nodules with indeterminate cytological result are benign. Positron emission tomography (PET) with 2-[18F]-fluoro-2-deoxy- D-glucose (FDG) might help to identify malignant thyroid lesions. FDG uptake depends on GLUTs expression (transmembranous glucose transporters) and on hexokinases. Although diffuse FDG thyroid uptake has been associated with chronic autoimmune thyroiditis (CAT), there is some evidence that patients with apparently normal thyroid parenchyma can display this pattern of FDG uptake. OBJECTIVES: (1) To assess the sensitivity and specificity of FDG PET in identifying thyroid malignancy in the preoperative evaluation of thyroid nodules and evaluate these results in the subgroup of patients with indeterminate cytological results and in the subgroup with CAT. (2) To compare the finding of diffuse FDG thyroid uptake with the histopathologic diagnosis of CAT and with the serum levels of antithyroid antibodies. (3) To evaluate the immunoexpression by thyroid nodules of GLUT 1, GLUT 3, GLUT 12, hexokinase 2 and hexokinase 3 and to compare it with the histopathologic diagnosis of these nodules and with FDG uptake. METHODS: 56 patients with thyroid nodules (42 with indeterminate cytological result, 10 with papillary carcinoma and 4 with benign cytological result) underwent FDG PET and, subsequently, thyroidectomy. FDG PET results were compared with the histopathologic diagnosis of the nodule, lymphocytic infiltrate of thyroid parenchyma, CAT diagnosis and immunohistochemical results of tissue microarray of the tissue from the thyroid nodule and the normal thyroid parenchyma. RESULTS: 1) All the 21 patients with thyroid cancer (11 with indeterminate cytological result) had focal thyroid FDG uptake. 2) Focal FDG uptake was associated with malignancy (p<0.001). 3) From 31 patients with benign nodules whose cytological result was indeterminate, 12 did not display focal FDG uptake (specificity of 39%). 4) Diffuse FDG uptake in thyroid bed was associated with CAT in the histopathologic exam (p=0.019). However, 5 patients without lymphocytic infiltrate had diffuse FDG uptake. 5) Immunoexpression of GLUTs 1, 3 and 12 and hexokinases 2 and 3 by epithelial cells of thyroid nodules was not positively associated with FDG uptake and malignancy. 6) There was no association between diffuse FDG uptake in thyroid bed and immunoexpression of these markers in the normal thyroid tissue. CONCLUSIONS: 1) FDG PET has high sensitivity to the diagnosis of malignancy in thyroid bed, with a specificity of 39% for thyroid nodules with indeterminate cytological result. 2) Diffuse FDG uptake in the thyroid bed is associated with CAT, but can be found in patients without lymphocytic infiltrate. 3) Immunohystochemistry against GLUTs 1, 3 and 12 and hexokinases 2 and 3 does not add in the differentiation of malignant and benign thyroid nodules and is not associated with FDG uptake by these nodules

Ce travail s’inscrit dans le cadre du développement d’une médecine davantage personnalisée et préventive, pour laquelle la fusion d’informations multi modale et de différentes représentations d'une même modalité sont nécessaires afin d'aboutir à une quantification fiable des images médicales en oncologie. Dans cette étude nous présentons deux applications de traitement et d'analyse des images médicales: le débruitage des images TEP et la détermination des volumes anatomo-fonctionnels des tumeurs en imagerie multi modale TEP/TDM. Pour le débruitage des images TEP, nous avons mis en place une approche intitulée "WCD" permettant de bénéficier des caractéristiques complémentaires de la transformée en ondelettes et la transformée en Curvelets afin de mieux représenter les structures isotropiques et anisotropiques dans ces images, ce qui permet de réduire le bruit tout en minimisant les pertes d'informations utiles dans les images TEP. En ce qui concerne la deuxième application, nous avons proposé une méthode de segmentationTEP/TDM intitulée "WCHMT" permettant d'exploiter la spécificité des arbres de Markov caché de prendre en compte les dépendances statistiques entre l’ensemble des données. Ce modèle permet de gérer simultanément les propriétés complémentaires de l’imagerie fonctionnelle et l’imagerie morphologique dans un cadre unifié où les données sont représentées dans le domaine des Contourlets. Le débruitage en TEP a abouti à une hausse significative du rapport signal sur-bruit (SNR) en garantissant la moindre variation de l'intensité et du contraste local. Quant à la segmentation multimodale TEP/TDM, elle a démontré une bonne précision lors de la détermination du volume tumoral en terme du coefficient de Dice (DSC) avec le meilleur compromis entre la sensibilité (SE) et la valeur prédictive positive (PPV) par rapport à la vérité terrain. / This thesis is a part of the development of more personalized and preventive medicine, for which a fusion of multi modal information and diverse representations of the same modality is needed in order to get accurate and reliable quantification of medical images in oncology. In this study we present two applications for image processing analysis: PET denoising and multimodal PET/CT tumor segmentation. The PET filtering approach called "WCD" take benefit from the complementary features of the wavelet and Curvelets transforms in order to better represent isotropic and anisotropic structures in PET images. This algorithm allows the reduction of the noise while minimizing the loss of useful information in PET images. The PET/CT tumor segmentation application is performed through a Markov model as a probabilistic quadtree graph namely a Hidden Markov Tree (HMT).Our motivation for using such a model is to provide fast computation, improved robustness and an effective interpretational framework for image analysis on oncology. Thanks to two efficient aspects (multi observation and multi resolution), when dealing with Hidden Markov Tree (HMT), we exploit joint statistical dependencies between hidden states to handle the whole data stack. This model called "WCHMT" take advantage of the high resolution of the anatomic imaging (CT) and the high contrast of the functional imaging (PET). The denoising approach led to the best trade-off between denoising quality and structure preservation with the least quantitative bias in absolute intensity recovery. PET/CT segmentation's results performed with WCHMT method has proven a reliable segmentation when providing high Dice Similarity Coeffcient (DSC) with the best trade-off between sensitivity (SE) and positive predictive value (PPV).

La tomographie d'émission par positrons (TEP) se distingue des autres modalités d'imagerie par sa capacité à localiser et quantifier la présence de molécules marquées, appelées radiotraceurs, au sein d'un organisme. Cette capacité à mesurer l'activité biologique des différents tissus d'un sujet apporte des informations uniques et essentielles à l'étude de tumeurs cancéreuses, au fonctionnement du cerveau et de ses maladies neurodégénératives et de la pharmacodynamique de nouveaux médicaments. Depuis les tout débuts de la TEP, les scientifiques rêvent de pouvoir utiliser l'information de temps de vol des photons pour améliorer la qualité de l'image TEP. L'arrivée des photodiodes avalanche monophotoniques (PAMP), rend maintenant ce rêve possible. Ces dispositifs détectent la faible émission de lumière des scintillateurs et présentent une réponse grandement amplifiée avec une faible incertitude temporelle. Mais le potentiel des PAMP n'est pas encore entièrement exploré. Plutôt que de faire la somme des courants d'une matrice de PAMP, il est possible d'utiliser leur nature intrinsèquement binaire afin de réaliser un photodétecteur numérique capable de déterminer avec précision le temps d'arrivée de chaque photon de scintillation. Toutefois, la conception de matrices de PAMP numériques en est encore à ses débuts, et les outils de conception se font rares. Ce projet de doctorat propose un simulateur facilitant la conception de matrices de PAMP, que celles-ci soient analogiques ou numériques. Avec cet outil, l'optimisation d'une matrice de PAMP numérique basée dans une technologie Teledyne DALSA HV CMOS \SI{0,8}{\micro\metre} est proposée. En plus de guider les choix de conception de l'équipe, cette optimisation permet de mieux comprendre quels paramètres influencent les performances du détecteur. De plus, puisque le photodétecteur n'est pas l'unique acteur des performances d'un détecteur TEP, une étude sur l'impact des scintillateurs est aussi présentée. Cette étude vérifie l'amélioration apportée par l'intégration de photons prompts dans des scintillateurs LYSO. Enfin, une approche novatrice pour discriminer l'énergie des évènements TEP basée sur l'information temporelle des photons de scintillation a été développée et vérifiée à l'aide du simulateur. Bien que ce simulateur et les études réalisées dans le cadre de cette thèse soient concentrés sur des détecteurs TEP, l'utilité des PAMP et du simulateur ne se limite pas à cette application. Les matrices de PAMP sont prisées pour le développement de détecteur en physique des particules, physique nucléaire, informatique quantique, LIDAR et bien d'autres. / Abstract : Positron emission tomography (PET) stands out among other imaging modalities by its ability to locate and quantify the presence of marked molecules, called radiotracers, within an organism. The capacity to measure biological activity of various organic tissues provides unique information, essential to the study of cancerous tumors, brain functions and the pharmacodynamics of new medications. Since the very beginings of PET, scientists dreamed of using the photon's time-of-flight information to improve PET images. With the recent progress of Single Photon Avalanche Diodes (SPAD), this dream is now possible. These photodetectors detect the scintillators' low light emission and offers a greatly amplified response with only a small time uncertainty. However the potential of SPAD has not yet been entirely explored. Instead of summing the currents of a SPAD array, it is possible to use their intrinsically binary operation to build a digital photodetector, able to establish with precision the time of arrival of each scintillation photon. With this information, the time-of-flight measurements will be much more precise. Yet the design of digital SPAD arrays is in its infancy and design tools for this purpose are rare. This project proposes a simulator to aid the design of SPAD arrays, both analog and digital. With this tool, we propose an optimised design for a digital SPAD array fabricated in Teledyne Dalsa HV CMOS \SI{0.8}{\micro\metre} technology. In addition to guiding the design choices of our team, this optimisation led to a better understanding which parameters influence the performance of a PET detector. In addition, since the photodetector is not the sole actor in the performance of a PET detector, a study on the effect of scintillators is also presented. This study evaluates the improvement brought by incorporating a prompt photon emission mechanism in LYSO crystals. Finally, we describe a novel approach to energy discrimination based on the timing information of scintillation photons was developped and tested using the simulator. While this simulator and the studies presented in this thesis focus on PET detectors, SPAD are not limited to this sole application. SPAD arrays are promising for a wide variety of fields, including particle physics, high energy physics, quantum computing, LIDAR and many more.

The focus of this thesis is variational image restoration techniques that involve novel non-smooth first-order gradient regularisers: Total Variation (TV) regularisation in image and data space for reconstruction of thin structures from PET data and regularisers given by an infimal-convolution of TV and $L^p$ seminorms for denoising images with piecewise affine structures. In the first part of this thesis, we present a novel variational model for PET reconstruction. During a PET scan, we encounter two different spaces: the sinogram space that consists of all the PET data collected from the detectors and the image space where the reconstruction of the unknown density is finally obtained. Unlike most of the state of the art reconstruction methods in which an appropriate regulariser is designed in the image space only, we introduce a new variational method incorporating regularisation in image and sinogram space. In particular, the corresponding minimisation problem is formed by a total variational regularisation on both the sinogram and the image and with a suitable weighted $L^2$ fidelity term, which serves as an approximation to the Poisson noise model for PET. We establish the well-posedness of this new model for functions of Bounded Variation (BV) and perform an error analysis through the notion of the Bregman distance. We examine analytically how TV regularisation on the sinogram affects the reconstructed image especially the boundaries of objects in the image. This analysis motivates the use of a combined regularisation principally for reconstructing images with thin structures. In the second part of this thesis we propose a first-order regulariser that is a combination of the total variation and $L^p$ seminorms with $1 < p \le \infty$. A well-posedness analysis is presented and a detailed study of the one dimensional model is performed by computing exact solutions for simple functions such as the step function and a piecewise affine function, for the regulariser with $p = 2$ and $p = 1$. We derive necessary and sufficient conditions for a pair in $BV \times L^p$ to be a solution for our proposed model and determine the structure of solutions dependent on the value of $p$. In the case $p = 2$, we show that the regulariser is equivalent to the Huber-type variant of total variation regularisation. Moreover, there is a certain class of one dimensional data functions for which the regularised solutions are equivalent to high-order regularisers such as the state of the art total generalised variation (TGV) model. The key assets of our regulariser are the elimination of the staircasing effect - a well-known disadvantage of total variation regularisation - the capability of obtaining piecewise affine structures for $p = 1$ and qualitatively comparable results to TGV. In addition, our first-order $TVL^p$ regulariser is capable of preserving spike-like structures that TGV is forced to smooth. The numerical solution of the proposed first-order model is in general computationally more efficient compared to high-order approaches.