In many medical imaging modalities, as photons travel from the emission source to the detector, they are scattered by the biological tissue. Often this scatter is viewed as a phenomenon that degrades image quality, and most research is focused on designing methods for either discarding the scattered photons or correcting for scatter. However, the scattered photons also carry information about the tissue that they pass through, which can perhaps be extracted. In this research, we investigate methods to retrieve information from the scattered photons in two specific medical imaging modalities: diffuse optical tomography (DOT) and single photon emission computed tomography (SPECT). To model the scattering of photons in biological tissue, we investigate using the Neumann-series form of the radiative transport equation (RTE). Since the scattering phenomenon are different in DOT and SPECT, the models are individually designed for each modality. In the DOT study, we use the developed photon-propagation model to investigate signal detectability in tissue. To study this detectability, we demonstrate the application of a surrogate figure of merit, based on Fisher information, which approximates the Bayesian ideal observer performance. In the SPECT study, our aim is to determine if only the SPECT emission data acquired in list-mode (LM) format, including the scattered-photon data, can be used to compute the tissue-attenuation map. We first propose a path-based formalism to process scattered photon data, and follow it with deriving expressions for the Fisher information that help determine the information content of LM data. We then derive a maximum-likelihood expectation-maximization algorithm that can jointly reconstruct the activity and attenuation map using LM SPECT emission data. While the DOT study can provide a boost in transition of DOT to clinical imaging, the SPECT study will provide insights on whether it is worth exposing the patient to extra X-ray radiation dose in order to obtain an attenuation map. Finally, although the RTE can be used to model light propagation in tissues, it is computationally intensive and therefore time consuming. To increase the speed of computation in the DOT study, we develop software to implement the RTE on parallel computing architectures, specifically the NVIDIA graphics processing units (GPUs).

Contents 1. Introduction 7 1.1. The aim of the study 8 1.2. Tasks of the study 9 1.3. The scientific novelty and originality of the study 9 1.4. Practical importance of the study 9 2. Material and methods 11 2.1. The contingent of studied patients 11 2.2. Methods 12 2.2.1.Coronary artery bypass grafting 12 2.2.2. The used equipment 12 2.2.3. The method of myocardial SPECT performance 12 2.2.4. Evaluation of myocardial SPECT 13 2.3. Statistical analysis of data 15 3. Results 16 3.1. The evaluation of influence of left ventricular ejection fraction on postoperative changes of perfusion of revascularized myocardium 16 3.2. The evaluation of influence of left ventricle ejection fraction on postoperative changes of contraction of revascularized myocardium 18 3.3. The evaluation of influence of collaterals on postoperative changes of perfusion of revasculized myocardium 19 3.4. The evaluation of influence of collaterals on postoperative changes of contraction of revasculized myocardium 21 3.5. The prediction of postoperative myocardial perfusion and contraction 23 3.6. The identification of period of the maximal recovery of myocardial perfusion and contraction after surgical revascularization 27 4. Conclusions 29 5. List of publications 30 6. Summary in Lithuanian 31 7. Autobiography 34 1. Introduction Heart and blood vessels diseases, the most common of which is coronary artery disease (CAD), are the leading causes of death and disability of middle-aged and elderly... [to full text]

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 6 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Univ., 2006. / Härtill 5 uppsatser.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:09/07417-9

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-22T09:27:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-22T09:27:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de dispositivos semicondutores utilizando óxidos de zinco e estanho. O primeiro dispositivo semicondutor estudado está relacionado ao desenvolvimento de sensores de pH a partir do efeito de campo, enquanto que o segundo consiste na utilização de ondas acústicas de superfície para o transporte de portadores voltados para o desenvolvimento de detectores de um único fóton. Primeiramente, esses materiais foram utilizados como membranas sensíveis a íons de hidrogênio. Para isso foram fabricados os dispositivos denominados EGFETs cujo princípio de funcionamento é semelhante ao ISFET. Foram desenvolvidos filmes de SnO2 obtidos a partir da rota Pechini e pela técncia Sol-gel com o objetivo de investigar a resposta elétrica do EGFET em função da concentração de íons de H+ . Os sensores fabricados pela técnica sol-gel não apresentaram respostas satisfatórias devido à presença de poros. Por outro lado, obtivemos uma sensibilidade de 33mV/pH para o EGFET desenvolvido a partir da rota Pechini com uma membrana calcinada à 400o C. Propusemos também a utilização do ZnO como um possível candidato a sensor de pH a partir do EGFET. A melhor resposta do EGFET (uma sensibilidade de 38mV/pH) foi alcançada com a utilização de filmes de ZnO aquecidos à temperatura de 150o C. Além dos dispositivos para a detecção de íons de H+ apresentamos uma nova abordagem para a detecção de um único fóton a partir da combinação de dispositivos utilizando ondas acústicas de superfície e os transistores de um único elétron. Basicamente os protótipos consistem em uma estrutura de várias camadas otimizadas para uma eficiente absorção de fótons, uma junção p-i-n utilizada para coleta de portadores, IDT para geração da SAW e guias metálicos para controle de portadores durante o transporte acústico. Os portadores são eficientemente transportados por uma distância de 100 mm com uma perda de 12 % para a melhor configuração. Nessas condições, a eficiência do dispositivo é de 75%. / This work presents the study and development of semiconductor devices base on tin and zinc oxides. The first device is related to the development of pH sensors based on field effect, while the second device uses surface acoustic waves for the transport of carriers related to a single photon detector device. Initially, the semiconductors were used as hydrogen ions sensing membranes. For that aim extended gate field effect transistors (EGFET) were developed. Their working principle is similar to the ion sensitive field effect transistor (ISFET). Through Pechini and sol-gel SnO2 thin films were obtained. The EGFET response to H+ ions was not optimal due to the presence of pores. Using Pechini, a response of 33mV/pH was obtained for the EGFET membrane calcinated at 400o C. The use of ZnO as sensing membrane was also investigated, and the best response was a sensibility of 38mV/pH) for a film heated up to 150o C. In addition to the EGFET structure, a new approach to a single photon detection is presented. This uses the combination of surface acoustic waves with a single electron transistor. Two prototypes were developed using a multi-layered structure optimized for photon absorption. Carriers are collected using a p-i-n structure. Inter-digital-transducers are used for surface acoustinc wave generation. Metallic guides are used to control the carriers during acoustic tranport. Carriers were efficiently transported over a length of 100 mm with a loss of 12 % for the best configuration. Under this optimized conditions, the efficiency of the device is 75%.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Uma grande variedade de moléculas já foi identificada por apresentar alta afinidade por receptores superexpressos em células tumorais, e a radiomarcação dessas moléculas oferece a possibilidade de novos compostos com aplicações diagnósticas e terapêuticas em medicina nuclear. Dentre essas moléculas, a bombesina (BBN) é uma das que despertam maior interesse, uma vez que um de seus receptores BB2 são superexpressos em células de tumores de próstata, mama, cólon, pâncreas e pulmão, além de glioblastomas e neuroblastomas. Derivados da bombesina, agonistas e antagonistas dos receptores BB2 já foram propostos para essa finalidade e apresentaram resultados promissores em estudos pré-clínicos. Entretanto, a maioria deles apresenta o incoveniente da alta captação em tecidos sadios, como pâncreas e intestino, o que pode prejudicar a eficiência diagnóstica e causar efeitos adversos na terapia. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a marcação de uma nova série de derivados da bombesina com índio-111 (111In) e gálio-68 (68Ga), de modo a avaliar seu potencial para diagnóstico de tumores que superexpressam BB2 por tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) ou por emissão de pósitrons (PET). Os peptídeos estudados apresentam estrutura genérica YGn-BBN(6-14)-Q, em que Q é o grupamento quelante, n é o número de aminoácidos glicina do espaçador YGn e BBN(6-14) é a sequência original de aminoácidos da BBN do aminoácido 6 ao 14. Estudou-se também o derivado em que a metionina (Met) terminal da sequência da bombesina foi substituída pela norleucina (Nle). A avaliação experimental dos derivados da bombesina foi dividida em quatro etapas: estudos computacionais, marcadores moleculares para SPECT, marcadores moleculares para PET e estudos toxicológicos. Os estudos computacionais consistiram na determinação dos coeficientes de partição (log P) e distribuição (log D) teóricos dos derivados da bombesina conjugados ao quelante DTPA (ácido dietileno-triamino-pentacético e DOTA (1,4,7,10-tetraazaciclododecano-tetracético). No desenvolvimento de marcadores moleculares para SPECT os derivados da bombesina de diferentes espaçadores conjugados ao DTPA e radiomarcados com 111In foram avaliados para determinação do melhor espaçador para aplicação in vivo, considerando não apenas as propriedades in vivo, mas também a estabilidade. Uma vez definido o espaçador, o derivado escolhido conjugado ao quelante DTPA ou DOTA foi submetido a estudos comparativos in vitro e in vivo utilizando linhagens tumorais que expressam os receptores BB2 em níveis variados, de modo a determinar o agente quelante mais adequado para aplicação in vivo. Nessa fase experimental, alguns estudos foram realizados também com um derivado da BBN BZH3, amplamente descrito pela literatura. No desenvolvimento de marcadores moleculares para PET, o derivado composto pelo espaçador e quelante escolhido foi radiomarcado com 68Ga e submetido a estudos de biodistribuição in vivo. Por fim, estudos toxicológicos em ratos foram realizados por meio da administração de um excesso dos derivados da BBN, a fim de avaliar a segurança para futura aplicação em estudos clínicos. Todos os derivados conjugados ao DTPA foram radiomarcados com 111In com alta pureza radioquímica e alta atividade específica (174 GBq/μmol). Os marcadores moleculares obtidos apresentaram alta estabilidade frente à reação de marcação e baixa estabilidade à temperatura ambiente, a qual foi aumentada com a adição de agentes estabilizantes. A análise em soro humano indicou degradação tempo-dependente dos marcadores moleculares pelas enzimas do soro e aumento da estabilidade com o acréscimo de aminoácidos glicina no espaçador, bem como pela substituição da Met terminal pela Nle. Os estudos em CLAE e de log P confirmaram os resultados de log P teórico e indicaram que os marcadores moleculares apresentam baixa lipofilicidade, a qual decresce com o aumento do espaçador e aumenta com a substituição do aminoácido terminal. Os estudos in vivo demonstraram que os marcadores moleculares de DTPA-111In apresentam rápido clareamento sanguíneo, excreção primariamente renal e baixo acúmulo abdominal. O marcador molecular que apresentou maior captação tumoral foi aquele com a Nle terminal (YG5N), e esse foi submetido à análise comparativa entre os quelantes bifuncionais DTPA e DOTA. O YG5N-DOTA foi radiomarcado com 111In com alta atividade específica (100 GBq/μmol). Ensaios de saturação em células de tumor de próstata (PC-3 e LNCaP) e mama (T-47D) in vitro demonstraram afinidade semelhante para o peptídeo conjugado a ambos quelantes, mas o YG5N-DOTA-111In se ligou mais às células de tumor de próstata, mas não às células de tumor de mama. Esse marcador molecular também foi mais internalizado pelas células PC-3. Os estudos in vivo indicaram maior estabilidade do marcador molecular conjugado ao DOTA em soro de camundongo, mas captação dos dois peptídeos semelhante pelo tumor de células PC-3 e LNCaP, embora esse último tenha demonstrado uma concentração duas vezes menor do receptor BB2. A imagem SPECT/CT dos tumores foi possível com os dois peptídeos. Em comparação com o derivado BZH3-111In, os marcadores moleculares apresentaram captação tumoral semelhante, mas as imagens foram mais favoráveis devido à menor captação abdominal. O YG5N-DOTA foi então radiomarcado com 68Ga, obtendo-se alta pureza radioquímica, e seu perfil de distribuição foi semelhante ao do derivado radiomarcado com 111In, com significativa captação pelo tumor de células PC-3. Os ensaios de tolerância toxicológica demonstraram que os derivados da bombesina são seguros até a concentração administrada, não apresentando toxicidade hematológica, hepática ou renal. O derivado da BBN YG5N conjugado ao DTPA ou DOTA é uma ferramenta promissora e segura para o diagnóstico de tumores que superexpressam os receptores BB2 por SPECT e PET. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:09/07417-9

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-22T09:27:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-22T09:27:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Receptores para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr) são super expressos em vários tipos de células cancerígenas, incluindo câncer de mama e próstata. A Bombesina é um análogo do peptídeo GRP de mamíferos que se liga com alta especificidade e afinidade aos receptores do peptídeo liberador de gastrina (GRPr). Significantes pesquisas têm sido realizadas para desenvolver e radiomarcar um análogo da bombesina para diagnóstico de tumores de próstata e mama, utilizando-se técnicas de SPECT e PET, com radionuclídeos como 111In e 68Ga. O objetivo deste trabalho foi estudar a marcação com 111In de uma série inédita de peptídeos derivados de bombesina e determinar o potencial de aplicação no diagnóstico de tumores de próstata em modelos animais. Vários estudos foram realizados para padronizar o procedimento de marcação, variando-se temperatura, tempo de marcação, massa do peptídeo e atividade do radionuclídeo. Os resultados demonstraram que os análogos da bombesina estudados podem ser marcados com índio-111 com alto rendimento de marcação e alta atividade específica. Os estudos de biodistribuição em animais normais demonstraram que o derivado de BBN com espaçador aminoacídico Gly5 apresentou captação pancreática e intestinal expressiva, sugerindo ser o melhor derivado. Dois derivados DOTA- conjugados, com espaçador Gly5 foram radiomarcados com gálio-68 e investigados em modelo animal com tumor de próstata humano, indicando o potencial para aplicação do peptídeo radiomarcado no diagnóstico por PET. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Abstract A large body of animal studies indicates that reinforcement from alcohol is associated with dopaminergic neurotransmission in the mesocorticolimbic pathway. However, as most psychiatric phenomena cannot be studied with animals, human studies are needed. Furthermore, because of the fluctuating nature of phenomena regarding the status of abuse and withdrawal, repeated observations of the same study subjects under different situations can elucidate a variety of pathophysiological mechanisms. In this study 42 alcoholics were monitored during withdrawal and 30 alcoholics after four weeks of abstinence. 123I-β-CIT SPET was used as a method for the semi quantification of their striatal dopamine transporter (DAT) densities reflecting the function and structure of the dopaminergic system. DAT density was markedly lower during withdrawal among alcoholics as compared to control subjects, but it elevated during abstinence to the level of healthy volunteers. This increases in DAT density during withdrawal and afterwards correlated with the depression scores of alcoholics. DAT density correlated with the Novelty Seeking (NS) personality trait, especially among abstinent alcoholics. After four weeks of controlled abstinence alcoholics with an A1 allele of dopamine receptor D2 were found to have higher DAT densities than alcoholics without it. The results indicate that striatal DAT density is associated with mood, personality, A1 genotype and the length of the abstinence period after heavy alcohol drinking.