Trabalhos anteriores sobre a síntese de imagens de difusão por ressonância magnética se limitaram a estudos sobre estruturas microscópicas, menores que as dimensões típicas de um voxel (e.g., [BF08] [BF13] [LFS + 10] e [BA94]). Isto decorre em parte devido às metodologias utilizadas, que têm como ponto em comum serem simulações de tipo Monte Carlo, nas quais os elementos mínimos da simulação são as partículas de água. Portanto o custo computacional destas simulações é proporcional ao número de partículas a simular, e isto limita os volumes que podem ser simulados a tamanhos microscópicos. Propomos uma metodologia alternativa, que utiliza a imagem T 2 de uma amostra para sintetizar imagens de difusão por ressonância magnética. Os elementos mínimos desta nova metodologia são os pontos da imagem T 2 , e portanto seu custo computacional é proporcional à resolução da imagem T 2 utilizada, o que permite a síntese a partir de amostras de qualquer tamanho físico. Estas sínteses são realizadas por meio da integração numérica da equação do artigo seminal de Stejskal e Tanner [ST65] que relaciona a atenuação do sinal de ressonância magnética devida à difusão com os parâmetros da sequência de pulsos PGSE. Usamos os parâmetros típicos dessa sequência (b, gamma, tau\', g 0, g, delta e Delta), que podem ser configurados explicitamente em máquinas de ressonância magnética, para calcular valores do coeficiente de difusão aparente D em direções arbitrárias. Desenvolvemos software, disponibilizado [Bor] por licença GPL [Fou07], para realizar estas simulações, e para especificar uma máscara de direções, útil para modelar a difusão de uma amostra. Estas ferramentas permitem o estudo sistemático das variações dos parâmetros na síntese de imagens de difusão por ressonância magnética. Apresentamos um estudo de um fantoma de capilares imersos em água, exemplificando como utilizar as ferramentas para investigar a influência destes parâmetros na difusão da água da amostra. / Previous work on the synthesis of diffusion-weighted magnetic resonance imaging are limited to microscopic structures, smaller than the typical dimensions of a single voxel (e.g., [BF08] [BF13] [LFS + 10] and [BA94]). This is consequence, in part, of the methodologies used, that have in common the adoption of Monte Carlo simulation strategies, in which the minimal elements of simulation are the water particles. Therefore the computational cost of these simulations is proportional to the number of particles to simulate, and this limits the volume to be simulated to microscopic sizes. We propose a novel methodology, that uses the T 2 image from a sample to synthesize diffusion-weighted magnetic resonance images. The mininal elements of this novel methodology are the points of the T 2 image, and therefore its computational cost is proportional to the resolution of the T 2 image to be used, which allows the synthesis from samples of any physical size. These syntheses are made through numerical integration of the equation from the seminal article by Stejskal and Tanner [ST65] that relates the attenuation of the magnetic resonance signal due to diffusion to the parameters of the PGSE pulse sequence. We use the typical parameters of this sequence (b, gamma, tau\', g 0, g, delta and Delta), that can be explicitly configured in magnetic resonance machines, to calculate apparent diffusion coefficients D in arbitrary directions. We developed software, available [Bor] through GPL license [Fou07], to run these simulations, and to specify a mask of directions useful to model diffusion. These tools allow the systematic study of parameter variation in the synthesis of diffusion-weighted magnetic resonance images. We present a case study of a phantom made of capillary tubes immersed in water, to exemplify the use of these tools and how to investigate the influence of parameter variation on diffusion in the sample.

Orientador: Diana Rodrigues Pina / Resumo: A Radiologia Intervencionista (RI) é a área da medicina que proporciona as maiores exposições ocupacionais. Os valores de dose aos quais os intervencionistas são expostos são difíceis de padronizar. Nesta pesquisa apresentamos uma avaliação completa das exposições ocupacionais e determinamos a eficiência de distintos métodos de dosimetria pessoal utilizados na RI. Essa pesquisa foi abordada em 2 etapas, conforme descrito a seguir: A primeira etapa se baseou em caracterizar as exposições ocupacionais em diferentes modalidades de procedimentos de RI vascular para duas categorias de profissionais e estimar o número de procedimentos anuais que cada profissional pode realizar sem exceder os limites de dose. Foi avaliada a exposição ocupacional, através de dosimetria termoluminescente, em diferentes partes do corpo (cristalino, tireoide, tórax, abdômen, pés e mãos) de duas categorias de intervencionistas (principais e assistentes) em três modalidades diferentes de procedimentos de RI vascular. As maiores doses equivalentes foram encontradas para as mão de ambos os profissionais, podendo chegar a aproximadamente 9 mSv em um único procedimento. Algumas regiões dos profissionais em alguns procedimentos podem receber, durante o ano, níveis de doses perigosamente perto dos limites anuais. Dosímetros posicionados no tórax podem subestimar as doses para outras regiões do corpo, especialmente abdômen, extremidades e cristalinos. Na segunda etapa foram avaliadas as eficiências de 6 diferent... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Interventional Radiology (IR) is the area of medicine that provides the largest occupational exposures. The dose values to which interventionists are exposed are difficult to standardize. In this research we present a complete evaluation of occupational exposures and determine the efficiency of different personal dosimetry methods used in IR. This research was performed in 2 stages, as described below: The first step was to characterize the occupational exposures in different modalities of vascular IR procedures for two categories of professionals. We also estimated the number of annual procedures that each professional can perform without exceeding the dose limits. Occupational exposures were evaluated in different body parts (crystalline, thyroid, thorax, abdomen, feet and hands) by two interventional categories (primary and assistants) in three different modalities of vascular IR procedures. The highest equivalent doses were found for the hands of both professionals, reaching approximately 9 mSv in a single procedure. Some regions of professionals in some procedures may receive dose levels during the year dangerously close to annual limits. Dosimeters positioned in the chest may underestimate the doses to other regions of the body, especially the abdomen, extremities and crystalline. The second stage, we evaluated the efficiencies of 6 different personal dosimetry methodologies used internationally to estimate the effective dose received by interventional professionals. An... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Trabalhos anteriores sobre a síntese de imagens de difusão por ressonância magnética se limitaram a estudos sobre estruturas microscópicas, menores que as dimensões típicas de um voxel (e.g., [BF08] [BF13] [LFS + 10] e [BA94]). Isto decorre em parte devido às metodologias utilizadas, que têm como ponto em comum serem simulações de tipo Monte Carlo, nas quais os elementos mínimos da simulação são as partículas de água. Portanto o custo computacional destas simulações é proporcional ao número de partículas a simular, e isto limita os volumes que podem ser simulados a tamanhos microscópicos. Propomos uma metodologia alternativa, que utiliza a imagem T 2 de uma amostra para sintetizar imagens de difusão por ressonância magnética. Os elementos mínimos desta nova metodologia são os pontos da imagem T 2 , e portanto seu custo computacional é proporcional à resolução da imagem T 2 utilizada, o que permite a síntese a partir de amostras de qualquer tamanho físico. Estas sínteses são realizadas por meio da integração numérica da equação do artigo seminal de Stejskal e Tanner [ST65] que relaciona a atenuação do sinal de ressonância magnética devida à difusão com os parâmetros da sequência de pulsos PGSE. Usamos os parâmetros típicos dessa sequência (b, gamma, tau\', g 0, g, delta e Delta), que podem ser configurados explicitamente em máquinas de ressonância magnética, para calcular valores do coeficiente de difusão aparente D em direções arbitrárias. Desenvolvemos software, disponibilizado [Bor] por licença GPL [Fou07], para realizar estas simulações, e para especificar uma máscara de direções, útil para modelar a difusão de uma amostra. Estas ferramentas permitem o estudo sistemático das variações dos parâmetros na síntese de imagens de difusão por ressonância magnética. Apresentamos um estudo de um fantoma de capilares imersos em água, exemplificando como utilizar as ferramentas para investigar a influência destes parâmetros na difusão da água da amostra. / Previous work on the synthesis of diffusion-weighted magnetic resonance imaging are limited to microscopic structures, smaller than the typical dimensions of a single voxel (e.g., [BF08] [BF13] [LFS + 10] and [BA94]). This is consequence, in part, of the methodologies used, that have in common the adoption of Monte Carlo simulation strategies, in which the minimal elements of simulation are the water particles. Therefore the computational cost of these simulations is proportional to the number of particles to simulate, and this limits the volume to be simulated to microscopic sizes. We propose a novel methodology, that uses the T 2 image from a sample to synthesize diffusion-weighted magnetic resonance images. The mininal elements of this novel methodology are the points of the T 2 image, and therefore its computational cost is proportional to the resolution of the T 2 image to be used, which allows the synthesis from samples of any physical size. These syntheses are made through numerical integration of the equation from the seminal article by Stejskal and Tanner [ST65] that relates the attenuation of the magnetic resonance signal due to diffusion to the parameters of the PGSE pulse sequence. We use the typical parameters of this sequence (b, gamma, tau\', g 0, g, delta and Delta), that can be explicitly configured in magnetic resonance machines, to calculate apparent diffusion coefficients D in arbitrary directions. We developed software, available [Bor] through GPL license [Fou07], to run these simulations, and to specify a mask of directions useful to model diffusion. These tools allow the systematic study of parameter variation in the synthesis of diffusion-weighted magnetic resonance images. We present a case study of a phantom made of capillary tubes immersed in water, to exemplify the use of these tools and how to investigate the influence of parameter variation on diffusion in the sample.