A presença da Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de analisar o comportamento metabólico do paciente, traduzindo-se em diagnósticos precoces. Entretanto, sabe-se que a quantificação em Medicina Nuclear é dificultada por diversos fatores, entre os quais estão a correção de atenuação, espalhamento, algoritmos de reconstrução e modelos assumidos. Neste contexto, o principal objetivo deste projeto foi melhorar a acurácia e a precisão na análise de imagens de PET/CT via processos realísticos e bem controlados. Para esse fim, foi proposta a elaboração de uma estrutura modular, a qual está composta por um conjunto de passos consecutivamente interligados começando com a simulação de phantoms antropomórficos 3D para posteriormente gerar as projeções realísticas PET/CT usando a plataforma GATE (com simulação de Monte Carlo), em seguida é aplicada uma etapa de reconstrução de imagens 3D, na sequência as imagens são filtradas (por meio do filtro de Anscombe/Wiener para a redução de ruído Poisson caraterístico deste tipo de imagens) e, segmentadas (baseados na teoria Fuzzy Connectedness). Uma vez definida a região de interesse (ROI) foram produzidas as Curvas de Atividade de Entrada e Resultante requeridas no processo de análise da dinâmica de compartimentos com o qual foi obtida a quantificação do metabolismo do órgão ou estrutura de estudo. Finalmente, de uma maneira semelhante imagens PET/CT reais fornecidas pelo Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP) foram analisadas. Portanto, concluiu-se que a etapa de filtragem tridimensional usando o filtro Anscombe/Wiener foi relevante e de alto impacto no processo de quantificação metabólica e em outras etapas importantes do projeto em geral. / The presence of Nuclear Medicine as a medical imaging modality is one of the main procedures utilized nowadays in medical centers, and the great advantage of that procedure is its capacity to analyze the metabolic behavior of the patient, resulting in early diagnoses. However, the quantification in Nuclear Medicine is known to be complicated by many factors, such as degradations due to attenuation, scattering, reconstruction algorithms and assumed models. In this context, the goal of this project is to improve the accuracy and the precision of quantification in PET/CT images by means of realistic and well-controlled processes. For this purpose, we proposed to develop a framework, which consists in a set of consecutively interlinked steps that is initiated with the simulation of 3D anthropomorphic phantoms. These phantoms were used to generate realistic PET/CT projections by applying the GATE platform (with Monte Carlo simulation). Then a 3D image reconstruction was executed, followed by a filtering process (using the Anscombe/Wiener filter to reduce Poisson noise characteristic of this type of images) and, a segmentation process (based on the Fuzzy Connectedness theory). After defining the region of interest (ROI), input activity and output response curves are required for the compartment analysis in order to obtain the Metabolic Quantification of the selected organ or structure. Finally, in the same manner real images provided from the Heart Institute (InCor) of Hospital das Clínicas, Faculty of Medicine, University of São Paulo (HC-FMUSP) were analysed. Therefore, it is concluded that the three-dimensional filtering step using the Ascombe/Wiener filter was preponderant and had a high impact on the metabolic quantification process and on other important stages of the whole project.

Argentina e Brasil apresentam, cada um com suas particularidades, situações deficitárias no que diz respeito à base produtiva de alta intensidadetecnológica. Nesse amplo contexto, mostram-se de forte relevância políticas públicas de ciência, tecnologia e inovação voltadas para o fortalecimento e aprimoramento das áreas de produção e pesquisa nacionais em campos estratégicos. Por conformar um ramo fortemente demandante e dependente de produtos e serviços com intenso conteúdo tecnológico e ser um dos pilares do sistema de proteção social, o campo da saúde ganha destaque. Com isso, aparece como central para as políticas públicas nacionais dos países subdesenvolvidos, tendo em vista a importância de alcançarem maiores graus de autonomia frente aos oligopólios mundiais que dominam a produção de medicamentos e equipamentos para a saúde. É nesse conjunto de circunstâncias que se insere a proposta do presente trabalho, cujo objetivo é analisar umcircuito espacial produtivo e seus respectivos círculos de cooperação (SANTOS, 1986) que envolvem um serviço de alta densidade tecnológica na área da saúde. O recorte mais específico é a circularidade produtiva do radiofármaco fluordesoxiglucose (FDG-18F) para estudos em equipamento de tomografia por emissão de pósitrons (PET-CT) na Argentina e no Brasil. Para alcançar esse objetivo, além de pesquisa bibliográfica sobre o tema, empreendeu-se uma análise das políticas de ciência, tecnologia e inovação em saúde nos dois países. Destaca-se a realização de entrevistas com atores-chaves de várias instituições argentinas e brasileiras, abarcando representantes dos mais diversos segmentos envolvidos no circuito espacial produtivo estudado. O conjunto analítico explorado possibilitou o encontro de relevantes similitudes entre o funcionamento sistêmico dos elementos em questão nos dois países analisados, fundamentalmente no que concerne à lógica de atuação de setores privados na oferta e disponibilização de equipamentos e na prestação de serviços sofisticados de diagnóstico por imagem, como o caso do PET-CT. As estratégias de incorporação da tomografia computadorizada por emissão de pósitrons nos sistemas de saúde brasileiro e argentino são exemplos significativos, na área da saúde, de como as políticas do Estado e das empresas têm articulado os lugares para promover circuitos espaciais produtivos e círculos de cooperação que, todavia, nem sempre respondem aos princípios de universalização da saúde / Argentina and Brazil are found to be lacking in terms of a production base of high intensity technology.In this broad context, public policies on science, technology and innovation aimed at strengthening and improving national production and research in strategic fields are highly significant.Constituting a segment that is both heavily demanding and dependent on high technological content products and services and as one of the pillars of the social protection system, the field of health care is of particular importance.Thus it appears as central to the national public policies of developing countries, bearing in mind the importance of achieving greater degrees of autonomy from the global oligopolies that dominate the production of drugs and health care equipment.It is within this set of circumstances that the proposal for this study is placed, with the aim of analysing a productive spatial circuit and its respective circles of cooperation (Milton Santos, 1986) involved in the service of technological high density in the area of health.The most specific example is the productive circularity of the radiopharmaceutical fluorodeoxyglucose (FDG-18F) for studies in positron emission tomography equipment (PET-CT) in Argentina and Brazil.To achieve this aim, as well as a bibliographic study on the topic, a review was conducted into the science, technology and innovation policies in health in both countries.This featured interviews with key players from several Argentinian and Brazilian institutions, encompassing representatives from the most diverse segments involved in the productive spatial circuit under investigation. The analytical set explored enabled the finding of significant similarities between the systemic functioning of the elements in question in both countries, fundamentally as regards the role played by the private sector in the supply of equipment and the provision of sophisticated diagnostic imaging services, such as PET-CT.Strategies to incorporate PETCT scans into the Brazilian and Argentinian health systems is a significant example of how the policies of the State and of private companies have underpinned the places to promote productive spatial circuits and circles of cooperation that do not always answer to the principles of universalized health care

Hipóxia é definida como a baixa teor de oxigênio. Nos tumores a principal causa da hipóxia é a isquemia, que ocorre em função do rápido crescimento da massa tumoral e diminuição ou obstrução dos vasos sanguíneos que irrigam o interior dos tumores. Como a hipóxia é uma das causas do aumento da resistência à radioterapia de radiação e algumas formas de quimioterapia, a identificação de tumores com regiões de hipóxia é de elevada relevância e a utilização de radiofármacos tem sido muito promissora, por ser um método não invasivo e que podem mapear diferentes alterações fisiológicas associadas à hipóxia. Neste trabalho sintetizamos o ligante [[99mTc](O)2HL91], com rendimento final de síntese de 82,6% e preparamos o respectivo complexo de tecnécio, com eficiência de marcação maior que 97 %; também foi preparado o radiofármaco (18F)FAZA, com eficiência de marcação de 17,9% e pureza radioquímica, após purificação, maior que 86 %. Estudos de captação em células de melanoma murino B16F10, apresentaram taxa de captação de 0,73%, em condições de normóxia e de 8,5 % em condições de hipóxia para o [[99mTc](O)2HL91] , sobe as mesmas condições, de 0,73% e 0,98%, para o (18F)FAZA, respectivamente. Estudos de biodistribuição ex vivo mostraram taxa de captação em tumores da ordem de 4,3% para o [[99mTc](O)2HL91] e de 0,56% para o (18F)FAZA, a relação tumor/sangue foi de 2,6% e 2,5%, respectivamente. Para ambos os rins são a principal via de excreção. Análise, por autorradiografia, de cortes dos tumores mostraram claramente a concentração do [[99mTc](O)2HL91] em regiões de hipóxia/necrose. Imagem da distribuição dos radiofármacos em camundongos C57/Bl6, com tumores de células B16F10, utilizando sistema hibrido PET/SPECT/CT dedicado a pequenos animais, mostraram que a concentração do [[99mTc](O)2HL91] permitiu visualizar captação difusa em regiões do tumor, o mesmo foi observado para o (18F)FAZA, mas em uma taxa menor. Em conclusão, os resultados obtidos apresentam as possibilidades de preparação e utilização de dois radiofármacos, o [[99mTc](O)2HL91] e o (18F)FAZA, como agentes marcadores para hipóxia, utilizando as técnicas de SPECT e PET para imagem. Todavia, novos estudos deverão ser realizados para determinação da especificidade desses radiofármacos em diferentes linhagens tumorais / Hypoxia is a deficiency of oxygen in the cell. In tumors the primary cause of hypoxia is ischemia, which occurs due to the rapid growth of the tumor mass and reduction or blockage of the blood vessels decreasing nutrients and oxygen supply in more internal regions of the tumors. Once hypoxia is one cause of the increased resistance to radiation therapy and some forms of chemotherapy, their identification in tumors is highly relevant and use of radiopharmaceuticals has been very promising, because it is a noninvasive and can map different physiological changes associated with hypoxia. In this work, we synthesized the ligand [[99mTc](O)2HL91] given a final synthesis yield of 82.6% and prepared their technetium complex with the labeling efficiency greater than 97%, the (18F)FAZA radiopharmaceutical was also prepared with labeling yield of 17.9% and marking radiochemical purity higher of 86 %, after purification. Uptake studies in murine B16F10 melanoma cells showed uptake rate of 0.73% in normoxic conditions and 8.5% in hypoxic conditions, for [[99mTc](O)2HL91], and, under same conditions, 0.73% and 0.98%, for (18F)FAZA. Ex vivo biodistribution study showed uptake rate in tumors of approximately 4.3% for [[99mTc](O)2HL91] and 0.56% for (18F)FAZA, the tumor/blood ratio was 2.6% and 2.5% respectively. For both products the main route 16 of excretion was by the kidneys. Analysis by autoradiography of tumors sections clearly showed the concentration of [[99mTc](O)2HL91] in hypoxia/necrosis regions. The distribution of radiopharmaceuticals in C57/Bl6 mice implanted with tumor B16F10 cells, using dedicated small animals hybrid system PET/SPECT/C, permitted to observe the uptake of the [[99mTc](O)2HL91] in diffuses points in the tumor regions, the same was observed for the (18F)FAZA, but with lower intensity. In conclusion, the results obtained show possibilities for preparation and use of both radiopharmaceuticals, the [[99mTc](O)2HL91] and (18F)FAZA as agents for hypoxia marker, using the SPECT and PET image techniques. However, further studies should be conducted to determine the specificity of these radiopharmaceuticals in different tumor cell lines

A presença que tem hoje a Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é muito importante e um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de conseguir analisar o comportamento metabólico do paciente, fazendo possíveis diagnósticos precoces. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography) a qual está tendo uma crescente difusão e aceitação. Para isso, temos desenvolvido uma estrutura integral de processamento de imagens tridimensionais PET, a qual está constituída por etapas consecutivas que se iniciam na obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados volumes simulados ou phantoms do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como geradas a partir do software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados, é introduzido ruído quântico tipo Poisson que é o ruído característico das imagens PET e feita uma análise que busca certificar que o ruído utilizado corresponde efetivamente ao ruído Poisson. Em sequência é executada a parte de pré-processamento, utilizando para este fim, um conjunto de filtros tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro que mistura os conceitos da Transformada de Anscombe e o filtro pontual de Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação que é considerada a parte central da sequência de processamento. O processo de segmentação é baseado na teoria de Conectividade Fuzzy e para isso temos implementado quatro diferentes abordagens: Algoritmo Genérico, Algoritmo LIFO, Algoritmo kTetaFOEMS e o Algoritmo utilizando Pesos Dinâmicos. Sendo que os três primeiros algoritmos utilizam pesos específicos selecionados pelo usuário, foi preciso efetuar uma análise para determinar os melhores pesos de segmentação que se reflitam numa segmentação mais eficiente. Finalmente, para terminar a estrutura de processamento, um procedimento de avaliação foi utilizado como métrica para obter quantitativamente três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) que permitiram conhecer o nível de eficiência e precisão de nosso processo e do projeto em geral. Constatamos que os algoritmos implementados (filtros e algoritmos de segmentação) são bastante robustos e atingem ótimos resultados chegando-se a obter, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado, taxas de VP e FP na ordem de 98.49 ± 0.27% e 2,19 ± 0.19%, respectivamente. Com o conjunto de procedimentos e escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerramos o projeto com a análise de um grupo de volumes produto de um exame PET real, obtendo a quantificação destes volumes. / The usefulness of Nuclear medicine nowadays as a modality to obtain medical images is very important, and it has turned into one of the main procedures utilized in Health Care Centers. Its great advantage is to analyze the metabolic behavior of the patient, by allowing early diagnosis. This project is based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography), which has won wide acceptance. Thus, we have developed an integral framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images or phantoms of the Left Ventricular Heart that were generated in this project, such as the ones obtained from the NCAT-4D software. Then Poisson quantum noise is introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images and an analysis is performed in order to certify that the utilized noise is the Poisson noise effectively. Subsequently, the pre-processing is executed by using specific filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the filter that joins the concepts of Anscombe Transformation and the Wiener filter. Then the segmentation, which is considered the most important and central part of the whole process, is implemented. The segmentation process is based on the Fuzzy Connectedness theory and for that purpose four different approaches were implemented: Generic algorithm, LIFO algorithm, kTetaFOEMS algorithm, and Dynamic Weight algorithm. Since the first three algorithms used specific weights that were selected by the user, an extra analysis was performed to determine the best segmentation constants that would reflect an accurate segmentation. Finally, at the end of the processing structure, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify some parameters that determined the level of efficiency and precision of our process and project. We have verified that the implemented algorithms (filters and segmentation algorithms) are fairly robust and achieve optimal results, assist to obtain, in the case of the Left Ventricular simulated, TP and FP rates in the order of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively. With the set of procedures and choices made along of the processing structure, the project was concluded with the analysis of a volumes group from a real PET exam, obtaining the quantification of the volumes.

Introdução: Hiperplasia Macronodular Adrenal Primária (PMAH) é uma causa rara de Síndrome de Cushing (SC), caracterizada por macronódulos funcionantes geralmente acometendo ambas as glândulas adrenais. Recentemente, o exame 18F-FDG PET/CT detectou três pacientes com PMAH apresentando captação aumentada de 18F-FDG. No entanto, ainda não foi elucidado o mecanismo pelo qual a PMAH apresentaria uma alta captação de 18F-FDG. Objetivos: Os objetivos deste estudo foram investigar se a expressão de GLUT1, HK1, HK2 e/ou HK3 estão relacionados à alta captação de 18F-FDG na PMAH e comparar estas expressões com tecidos adrenais provenientes de pacientes com AAC e CAA. Métodos: 12 pacientes com PMAH que realizaram 18F-FDG-PET/CT, previamente à adrenalectomia. A captação de 18F-FDG foi quantificada como maximum standardized uptake value (SUVmax). Expressão do RNAm foi investigada através de RT-PCR e a expressão proteica através de técnicas de imunoistoquímica. Expressão gênica e proteica dos pacientes com PMAH foi comparada com 15 pacientes com AAC e 10 pacientes com CAA. As correlações foram realizadas através do teste de coeficiente de correlação de Pearson e as comparações, através do teste Kruskal-Wallis, seguido do ajuste de Dunn. Significância estatística foi considerada quando p < 0.05. Resultados: Todos os pacientes com PMAH apresentaram alta captação de 18F-FDG, cujo SUVmáx variou de 3.3 a 8.9 e o tamanho do maior nódulo variou de 3.5 a 15cm. Foi observada forte correlação positiva entre o tamanho do maior nódulo e o SUVmáx nos pacientes com PMAH. No entanto, não foi estabelecida correlação entre a expressão de GLUT1, HK1, HK2 e HK3 e o SUVmáx nos pacientes com PMAH. A expressão do SLC2A1 e HK2 foi significativamente maior nos pacientes com CAA do que nos pacientes com AAC e PMAH. Conclusões: A captação aumentada de 18F-FDG na PMAH não está relacionada ao aumento da expressão de GLUT1, HK1, HK2 e HK3. Estudos futuros serão necessários para elucidar a via glicolítica que é responsável pelo metabolismo da glicose na PMAH / Introduction: Primary macronodular adrenal hyperplasia (PMAH) is a rare cause of Cushing\'s syndrome, characterized by functioning adrenal macronodules and increased cortisol production. Recently, integrated 18F-FDG-PET/CT examination revealed an increased 18F-FDG uptake in patients with PMAH. However, it is still unclear the mechanism by which PMAH would present with a high 18F-FDG uptake in PET/CT. Objectives: The aim of this study was to investigate whether GLUT1, HK1, HK2 and/or HK3 expression would account for the high18F-FDG uptake in PMAH and compare these expressions with ACA and ACC adrenal tisuue. Methods: 12 patients undergoing adrenalectomy for PMAH with previous 18F-FDG-PET/CT. 18F-FDG uptake was quantified as the maximum standardized uptake value (maxSUV). mRNA expression was investigated through quantitative RT-PCR and protein expression was investigated using immunohistochemical studies. PMAH gene and protein expression were compared to 15 patients with ACA and 10 with ACC. Correlations were performed through Pearson\'s correlation coefficient test and comparisons through Kruskal-Wallis test, followed by Dunn adjust. Statistical significance was considered when p < 0.05. Results: All patients with PMAH presented with high 18F-FDG uptake, the range of SUVmax in these patients varied from 3.3 to 8.9 and the nodule sizes varied from 3.5 to 15 cm. There was a strong positive correlation between the nodule size and 18F-FDG uptake. However, no correlation could be established between gene and protein expression of GLUT1, HK1, HK2 and HK3 and 18F-FDG uptake. SLC2A1 and HK2 expression was significantly higher in patients with CCA than in patients with AAC and PMAH. Conclusions: Increased 18F-FDG uptake in PMAH does not arise from the overexpression of GLUT1, HK1, HK2 or HK3. Further investigation is required to elucidate the glycolytic pathway involved in glucose metabolism in PMAH

A baixa oxigenação (hipóxia) altera drasticamente o metabolismo celular e a forma de produção de ATP, que em tumores pode estimular e permitir que as células desenvolvam mecanismos de escape, adaptação e resistência, contribuindo não só para um comportamento maligno e agressivo, mas também lhes conferindo resistência a tratamentos quimioterapêuticos e radioterapêuticos. A detecção de regiões de hipóxia em tumores pode ser realizada com diferentes radiofármacos. Neste trabalho preparamos e avaliamos o comportamento dos radiofármacos (18F)FAZA e [[99mTc]glucarato]- em células de melanoma murino B16F10, correlacionando dados bioquímicos e histopatológicos com a captação celular dos radiofármacos in vitro e com imagens em equipamento PET/SPECT/CT obtidas de camundongos C57Bl6 implantados com tumores. O (18F)FAZA foi obtido em rendimento de 17,9 % e pureza radioquímica de 86,72 %, enquanto que o rendimento e pureza radioquímica do [[99mTc]glucarato]- foi superior a 95 %, sendo que este complexo se liga à proteínas plasmáticas com taxa de aproximadamente 40 % e o complexo é desestabilizados pela mesmas, após 4 horas de incubação a 37 oC. O complexo também não é estável na presença de cisteína e histidina. A captação in vitro do [[99mTc]glucarato]- nas células foi da ordem de 0,1 % independente da condição e do tempo, enquanto que a captação de (18F)FAZA atingiu 0,9 % sob hipóxia e 0,2 % sob normóxia, nos primeiros 15 minutos de estudo. A biodistribuição ex vivo em camundongos apresentou taxa de captação por grama de tumor e razão tumor/sangue da ordem de 0,04 % e 1,49 para o [[99mTc]glucarato]- e de 0,34 % e 1,39 para o (18F)FAZA, em tempo de 1 hora. Imagem obtidas de camundongos, mostraram intensa captação da (18F)FDG no tumor, e tanto (18F)FAZA quanto [[99mTc]glucarato]- foram capazes de evidenciar regiões de hipóxia ou necrose, respectivamente, nos tumores, ainda que com baixa taxa de captação. Imagens autorradiográficas do [[99mTc]glucarato]- nos tumores excisados dos animais apresentaram distribuição homogênea no tumor, com algumas áreas de captação sugeridas como necróticas; tomando a autorradiografia como referência, o [[99mTc]glucarato]- não se concentrou na córtex renal, região reconhecidamente hipóxica. Assim, (18F)FAZA e [[99mTc]glucarato]- puderam ser preparados em nosso laboratório com qualidade suficiente para uso em pesquisa e demonstram potencial para utilização em novos estudos visando a detecção de regiões de hipóxia ou necrose, respectivamente / The low oxygen concentration, also named hypoxia, drastically alters cellular metabolism and the production form of ATP which, in tumors, can stimulate and allow cells to develop mechanisms for escape, adaptation and resistance, contributing not only to malignant and aggressive behavior, but also their conferring resistance to chemotherapeutic and radiotherapeutic treatments. The detection of regions of hypoxia in tumors can be performed using different radiopharmaceuticals. In this work we prepared and evaluated the behavior of radiopharmaceuticals (18F)FAZA and [[99mTc]glucarate]- in B16F10 murine melanoma cells, biochemical and histopathological data correlating it with the radiopharmaceutical cellular uptake, both in vitro or by PET/SPECT/CT imaging obtained from C57Bl6 mice implanted with tumors. The (18F)FAZA was obtained in radiochemical yield of 17.8 % and radiochemical purity of 86.72 %, while the radiochemical yield and purity for [[99mTc]glucarate] - was higher to 95 %, and this complex binds to the plasma proteins at concentration of 40 %, however a the complex is unstable in presence of albumine after 4 hours, at 37 oC. The complex is unstable in the presence of cysteine and histidine, at 37 oC. The in vitro uptake of [[99mTc]glucarate]- in B16F10 cells was approximately 0.1% independently of experimental conditions, while (18F)FAZA reached 0.9%, under hypoxia, and 0.2%, under normoxia, the first 15 minutes of the study. The ex vivo biodistribution in mice showed uptake in tumor and tumor/blood ratio of the 0.04 % and 1.49 for [[99mTc]glucarate]- and 0.34 % and 1.39 for (18F)FAZA. Imaging obtained from mice showed intense uptake of (18F)FDG in the tumor, and both (18F)FAZA and [[99mTc]glucarate]- were able to show hypoxia or necrotic regions in the tumor. Autoradiographic imaging showed homogeneous distribution of [[99mTc]glucarate]- in the slices of tumor excised from animals; taking kidney autoradiography as a reference, the [[99mTc]glucarate]- was not concentrated in renal cortex, a region admittedly hypoxic. In conclusion (18F)FAZA and [[99mTc]glucarate]- could be prepared in our laboratory with sufficient quality for use in research and demonstrate potential for use in future studies aiming to detect regions of hypoxia and necrosis, respectively

A presença que tem hoje a Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é muito importante e um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de conseguir analisar o comportamento metabólico do paciente, fazendo possíveis diagnósticos precoces. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography) a qual está tendo uma crescente difusão e aceitação. Para isso, temos desenvolvido uma estrutura integral de processamento de imagens tridimensionais PET, a qual está constituída por etapas consecutivas que se iniciam na obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados volumes simulados ou phantoms do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como geradas a partir do software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados, é introduzido ruído quântico tipo Poisson que é o ruído característico das imagens PET e feita uma análise que busca certificar que o ruído utilizado corresponde efetivamente ao ruído Poisson. Em sequência é executada a parte de pré-processamento, utilizando para este fim, um conjunto de filtros tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro que mistura os conceitos da Transformada de Anscombe e o filtro pontual de Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação que é considerada a parte central da sequência de processamento. O processo de segmentação é baseado na teoria de Conectividade Fuzzy e para isso temos implementado quatro diferentes abordagens: Algoritmo Genérico, Algoritmo LIFO, Algoritmo kTetaFOEMS e o Algoritmo utilizando Pesos Dinâmicos. Sendo que os três primeiros algoritmos utilizam pesos específicos selecionados pelo usuário, foi preciso efetuar uma análise para determinar os melhores pesos de segmentação que se reflitam numa segmentação mais eficiente. Finalmente, para terminar a estrutura de processamento, um procedimento de avaliação foi utilizado como métrica para obter quantitativamente três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) que permitiram conhecer o nível de eficiência e precisão de nosso processo e do projeto em geral. Constatamos que os algoritmos implementados (filtros e algoritmos de segmentação) são bastante robustos e atingem ótimos resultados chegando-se a obter, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado, taxas de VP e FP na ordem de 98.49 ± 0.27% e 2,19 ± 0.19%, respectivamente. Com o conjunto de procedimentos e escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerramos o projeto com a análise de um grupo de volumes produto de um exame PET real, obtendo a quantificação destes volumes. / The usefulness of Nuclear medicine nowadays as a modality to obtain medical images is very important, and it has turned into one of the main procedures utilized in Health Care Centers. Its great advantage is to analyze the metabolic behavior of the patient, by allowing early diagnosis. This project is based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography), which has won wide acceptance. Thus, we have developed an integral framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images or phantoms of the Left Ventricular Heart that were generated in this project, such as the ones obtained from the NCAT-4D software. Then Poisson quantum noise is introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images and an analysis is performed in order to certify that the utilized noise is the Poisson noise effectively. Subsequently, the pre-processing is executed by using specific filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the filter that joins the concepts of Anscombe Transformation and the Wiener filter. Then the segmentation, which is considered the most important and central part of the whole process, is implemented. The segmentation process is based on the Fuzzy Connectedness theory and for that purpose four different approaches were implemented: Generic algorithm, LIFO algorithm, kTetaFOEMS algorithm, and Dynamic Weight algorithm. Since the first three algorithms used specific weights that were selected by the user, an extra analysis was performed to determine the best segmentation constants that would reflect an accurate segmentation. Finally, at the end of the processing structure, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify some parameters that determined the level of efficiency and precision of our process and project. We have verified that the implemented algorithms (filters and segmentation algorithms) are fairly robust and achieve optimal results, assist to obtain, in the case of the Left Ventricular simulated, TP and FP rates in the order of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively. With the set of procedures and choices made along of the processing structure, the project was concluded with the analysis of a volumes group from a real PET exam, obtaining the quantification of the volumes.

A presença da Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de analisar o comportamento metabólico do paciente, traduzindo-se em diagnósticos precoces. Entretanto, sabe-se que a quantificação em Medicina Nuclear é dificultada por diversos fatores, entre os quais estão a correção de atenuação, espalhamento, algoritmos de reconstrução e modelos assumidos. Neste contexto, o principal objetivo deste projeto foi melhorar a acurácia e a precisão na análise de imagens de PET/CT via processos realísticos e bem controlados. Para esse fim, foi proposta a elaboração de uma estrutura modular, a qual está composta por um conjunto de passos consecutivamente interligados começando com a simulação de phantoms antropomórficos 3D para posteriormente gerar as projeções realísticas PET/CT usando a plataforma GATE (com simulação de Monte Carlo), em seguida é aplicada uma etapa de reconstrução de imagens 3D, na sequência as imagens são filtradas (por meio do filtro de Anscombe/Wiener para a redução de ruído Poisson caraterístico deste tipo de imagens) e, segmentadas (baseados na teoria Fuzzy Connectedness). Uma vez definida a região de interesse (ROI) foram produzidas as Curvas de Atividade de Entrada e Resultante requeridas no processo de análise da dinâmica de compartimentos com o qual foi obtida a quantificação do metabolismo do órgão ou estrutura de estudo. Finalmente, de uma maneira semelhante imagens PET/CT reais fornecidas pelo Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP) foram analisadas. Portanto, concluiu-se que a etapa de filtragem tridimensional usando o filtro Anscombe/Wiener foi relevante e de alto impacto no processo de quantificação metabólica e em outras etapas importantes do projeto em geral. / The presence of Nuclear Medicine as a medical imaging modality is one of the main procedures utilized nowadays in medical centers, and the great advantage of that procedure is its capacity to analyze the metabolic behavior of the patient, resulting in early diagnoses. However, the quantification in Nuclear Medicine is known to be complicated by many factors, such as degradations due to attenuation, scattering, reconstruction algorithms and assumed models. In this context, the goal of this project is to improve the accuracy and the precision of quantification in PET/CT images by means of realistic and well-controlled processes. For this purpose, we proposed to develop a framework, which consists in a set of consecutively interlinked steps that is initiated with the simulation of 3D anthropomorphic phantoms. These phantoms were used to generate realistic PET/CT projections by applying the GATE platform (with Monte Carlo simulation). Then a 3D image reconstruction was executed, followed by a filtering process (using the Anscombe/Wiener filter to reduce Poisson noise characteristic of this type of images) and, a segmentation process (based on the Fuzzy Connectedness theory). After defining the region of interest (ROI), input activity and output response curves are required for the compartment analysis in order to obtain the Metabolic Quantification of the selected organ or structure. Finally, in the same manner real images provided from the Heart Institute (InCor) of Hospital das Clínicas, Faculty of Medicine, University of São Paulo (HC-FMUSP) were analysed. Therefore, it is concluded that the three-dimensional filtering step using the Ascombe/Wiener filter was preponderant and had a high impact on the metabolic quantification process and on other important stages of the whole project.

O presente estudo consistiu-se na avaliação clínica e aplicação de testes cognitivos, além da realização de ressonância magnética (RM), de 3 tesla, do cérebro, processada com a técnica de \"Voxel-based Morphometry\" (VBM) e \"Skull Strip\", e 18F-FDG PET -CT processado com \"Statistical Parametric Mapping\" (SPM8) e correção de volume parcial (PVELab), em idosos sem déficits cognitivos (CDR=0), com comprometimento cognitivo leve amnéstico (CCL) (CDR=0,5) e com Doença de Alzheimer leve (DA leve)(CDR de 0,5 a 1). Os objetivos foram comparar os padrões de neuroimagem estrutural e metabólica entre os grupos, assim como correlacionar alterações estruturais volumétricas da RM e alterações metabólicas cerebrais do PET-CT, a um teste funcional, o \"Informant Questionnaire on Cognitive Decline in the Elderly\" (IQCODE), nessa mesma amostra. Cada um dos grupo 3 grupos, pareados por idade, contém 30 indivíduos, totalizando amostra de 90. Os resultados dos exames de Neuroimagens, divididos por comparações entre os grupos, e corrigidos pela escolaridade, foram considerados significativos todos os achados nos quais a significância corrigida for <= 0,05 (p-FWEcorr <= 0,05). No CCL x DA foi observado hipometabolismo Giro do Cíngulo à Direita. No grupo DA x CCL foram observados hipometabolismos no Giro do Cíngulo à Esquerda, no Precuneus Esquerdo, Precuneus Direito e na parte inferior do Lobo Parietal Esquerdo. Na DA x Controle, utilizando-se pesquisa de área a priori e filtros gaussiano de 8mm e 4mm, foi observada redução estatisticamente significante quanto ao volume de substância cinzenta na Amígdala Esquerda e na Amígdala Direita. No PET - CT, da DA, em relação ao grupo controle foram observadas áreas de hipometabolismos no Giro do Cíngulo à Esquerda, no Precuneus Direito e no Giro Temporal Medial Direito. Na correlação direta do IQCODE, na comparação DA x Controle, no PET - CT evidenciou-se hipometabolismo no Giro Fusiforme Direito. Em conclusão, os resultados das comparações entre os grupos foram semelhantes ao encontrado na literatura para fases iniciais (leves) da patologia e mostraram, ainda, uma tendência a um \"continuum\" do controle até a DA. Por outro lado à correlação do IQCODE no DA x Controle carece de comprovação por outros trabalhos e com outros constructos estatísticos / This study consisted in the clinical evaluation and application of cognitive tests, in addition to magnetic resonance imaging (MRI) of 3 Tesla, of brain, processed with the technique of \"Voxel-based Morphometry\" (VBM) and \"Skull Strip\", and 18F-FDG PET-CT processed by \"Statistical Parametric Mapping\" (SPM8) and partial volume correction (PVELab) in subjects without cognitive impairment (CDR = 0), with amnestic mild cognitive impairment (MCI)(CDR = 0.5) and with mild Alzheimer \'s disease (AD mild)(CDRs of 0.5 to 1). The objectives were to compare the patterns of structural and metabolic neuroimaging between groups, as well as correlate MRI\'s volumetric structural changes and PET-CT\'s metabolic brain with a functional test, the \"Informant Questionnaire on Cognitive Decline in the Elderly\" (IQCODE) in this same sample. Each one of three groups, matched by age, contains 30 subjects, totaling 90. The test results of neuroimaging, divided by comparisons between groups, and corrected by education, were considered significant the findings that corrected significance is <= 0.05 (p-FWEcorr <= 0.05). In CCL x DA was observed hypometabolism right cingulate gyrus. In DA x CCL hypometabolism were observed in the left cingulate gyrus, the left precuneus, right precuneus and left inferior parietal lobe. In DA x Control, using the \"a priori\" research area and gaussian filters 8mm and 4mm was observed statistically significant reduction on the volume of gray matter in the left and right amygdala. In PET - CT of DA relative to control group were observed areas of hypometabolisms in left cingulate, right precuneus and in the right medial temporal gyrus. In direct correlation of the IQCODE, compared DA x Control on PET - CT revealed a hypometabolism in the right fusiform gyrus. In conclusion, the results of the comparisons between groups were similar to those found in the literature for early (mild) pathology and showed a \"continuum\" of control to the DA. On the other hand the correlation of the IQCODE in DA x Control lacks confirmation by other studies and other statistical constructs

INTRODUÇÃO: Em pacientes com infarto do miocárdio (IM) e disfunção cardíaca, a evidência de viabilidade miocárdica é primordial, e o exame tomográfico por emissão de pósitrons com 18F-fluoro-desoxi-glicose (18FDG-PET) é o padrão-ouro para essa identificação. Existe preferência, na literatura, pela realização do clamp hiperínsulínico euglicêmico (CLAMP) antes da injeção de 18FDG para estimular todo o miocárdio a consumir glicose (GLI), garantindo assim a sua captação pelas áreas de miocárdio hibernado (MH). No entanto, essa técnica é trabalhosa, além do risco de hipoglicemia durante a realização. Desenvolvemos uma nova técnica na qual o paciente é submetido a uma dieta restrita em carboidratos (DIETA) por 24 horas antes do exame, sem a necessidade de CLAMP, com o objetivo de diminuir os níveis de insulina e aumentar ácidos graxos livres (AGL), estimulando o miocárdio normal a consumir AGL, e não GLI. A área de MH, porém, não consegue realizar o metabolismo oxidativo de AGL, mantendo o consumo de GLI. OBJETIVOS: comparar o PET após DIETA (PET-DIETA) com o PET após CLAMP (PET-CLAMP), para a pesquisa de viabilidade miocárdica. MÉTODOS: Trinta pacientes com IM prévio e hipocinesia na área infartada foram submetidos à cintilografia de perfusão miocárdica com 99mTc-sestamibi (MIBI), PET-CLAMP e PET-DIETA. A DIETA limitava-se a 15-20g de carboidratos por dia. Os exames foram submetidos à análise visual e classificados por escores (0 a 4). Foram consideras áreas de mismatch (MH) aquelas com hipoperfusão ao MIBI e captação presente no PET-CLAMP ou no PET-DIETA, em um modelo de 17 segmentos, além da análise por parede, território arterial e por paciente. A análise por segmentos foi realizada ainda dividindo-se os pacientes em diabéticos (DM) e não diabéticos (NDM). O PET-DIETA também foi submetido à análise automática (por percentual de captação) RESULTADOS: Durante o CLAMP, seis (20%) pacientes apresentaram hipoglicemia. Nenhum paciente apresentou hipoglicemia após a DIETA. Houve concordância na análise visual do PET-CLAMP e PET-DIETA para detecção de áreas de mismatch em 94,5% dos segmentos analisados, com um índice kappa de 0,78 (concordância substancial). Essa concordância se manteve na análise por parede (0,80), território arterial (k=0,79) e por paciente (0,79). Quando dividimos os pacientes em NDM (22) e DM (8), encontramos k=0,78 para o subgrupo NDM e 0,70 para o subgrupo DM. A análise automática para o PET-DIETA evidenciou, quando comparada com a análise visual do PET-CLAMP, uma concordância moderada, com índice kappa de 0,50 para análise por segmento, 0,54 por parede, 0,60 por território arterial e 0,48 por paciente. CONCLUSÕES: Concluímos assim que o exame de PET-DIETA apresenta uma excelente concordância para detecção de áreas de mismatch com o PET-CLAMP, ambos em conjunto com a análise do MIBI, possivelmente com mais segurança para o paciente. Essa concordância se mantém quando avaliamos os subgrupos de DM e NDM / BACKGROUND: In patients with myocardial infarction and left ventricular dysfunction, the evidence of myocardial viability has important clinical implications. Positron emission tomography (PET) using 18F-fluoro-desoxi-glucose (18FDG) is considered the gold standard for viability detection. The euglycemic hyperinsulinemic clamping (CLAMP) before 18FDG injection stimulates uptake of both glucose and 18FDG in the myocardium, including areas of hibernating myocardium (MH), and it is the most used protocol. However, this imaging protocol has an increased risk for hypoglycemia and is relatively time-consuming. We developed a new protocol using a 24 hours low-carbohydrate diet (DIET), aiming to reduce insulin levels and increase free fatty acids (FFA). This protocol stimulates the normal myocardium to use FFA, not glucose, but the area of hibernating myocardium (viable area) may not use oxidative metabolism with FFA, keeping glucose uptake and becoming a hot spot at PET images. The aim of this study was to compare both techniques by segments, regions, vascular territories and patients. METHODS: Thirty patients with previous myocardial infarction and left ventricular dysfunction were studied. All of them underwent into a SPECT perfusion scan with 99mTc-sestamibi and two 18FDG PET studies to asses myocardial viability, one with CLAMP (PET-CLAMP) and another using a 24 hours low-carbohydrate diet (PET-DIET). For the analysis, the myocardium was divided into 17 segments, 5 regions and 3 vascular territories. A visual and an automatic semi-quantitative analysis (only for PET-DIET) were carried out according to the following score indicating radiotracer uptake: 0 = normal to 4 = absent. Myocardial viability was defined as the presence of normal or mildly reduced FDG uptake in an area with reduced perfusion (99mTc-sestamibi uptake). We also performed subgroup analyses in diabetes (DM) and non-diabetic patients (NDM). RESULTS: While using CLAMP protocol, six (20%) patients had hypoglycemia. None of the patients had hypoglycemia after using DIET. High agreement rates were observed with visual analysis in comparing mismatch areas (kappa=0,78 substancial concordance). Similar rates were find in regions (0,80), vascular territories (0,79) and patient (0,79) analysis. In subgroup analysis, DM (8) presented with kappa=0,70 and NDM (22) with kappa=0,78. Upon analysis, the automatic method for PET-DIET showed moderate agreement when compared with PET-CLAMP visual analysis by segments (Kappa=0,50), regions (0,54), vascular territories (0,60) and patient (0,48). CONCLUSIONS: This has led to the suggestion that PET-DIET study proved an excellent agreement in detects mismatch areas assessed by PET-CLAMP, with probably more safety. The same results occurs in the in diabetes and non-diabetic patients subgroups