El uso de los ordenadores en Medicina Nuclear ha permitido la cuantificación de exploraciones, sobre todo las dinámicas. Debido a la gran cantidad de información presente en estos estudios es preciso efectuar una compresión de estos datos, de forma que hagan más fácil su interpretación. Una de las formas de reducción consiste en la obtención de imágenes paramétricas. El objetivo de este trabajo se centra en analizar la utilidad de estas imágenes paramétricas para la cuantificación de estudios dinámicos en tres aplicaciones. La primera aplicación es en los estudios de perfusión miocárdica que se utilizan para evaluar la irrigación del miocardio cuando se sospecha la existencia de enfermedad coronaria. En estos estudios se registran imágenes de esfuerzo y de redistribución, e interesa cuantificar la diferencia entre ambas. Nuestro objetivo fue cuantificar las diferencias entre las imágenes de esfuerzo y reposo por medio de una imagen paramétrica de “washout”, para lo cual es necesario eliminar la actividad extracardíaca y superponer ambas imágenes. Para comprobar la eficacia de diferentes métodos utilizables, se diseñó un modelo simulado por computador que incluía miocardio, fondo y posibles artefactos, a los que se les añadió un ruido. Se simularon imágenes de esfuerzo y reposo con cambios controlados en su distribución. Para efectuar la estimación del fondo se probaron diversos métodos de interpolación. Las pruebas realizadas demuestran que el método de Watson modificado es el que tiene el mejor comportamiento. Para alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución de forma automática, probamos diversos algoritmos basados en la correlación. La correlación bidimensional restringida a la zona de mayor captación del miocardio, utilizando pixels alternos, se muestra como un método capaz de alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución con suficiente precisión. Una vez efectuado el alineamiento de las imágenes se calculé la imagen paramétrica de “washout”. La cuantificación por medio de los valores medios en los diversos sectores estudiados, da resultados acordes con los teóricos. El método se aplicó sobre casos reales, obteniendo resultados concordantes con la patología. De esta parte se concluye que el método formado por la sustracción de fondo, la alineación de las imágenes y la construcción de la imagen paramétrica de “washout” es factible para la cuantificación de estudios planares de perfusión miocárdica. La segunda aplicación es sobre la ventriculografía isotópica en equilibrio, que es una exploración que permite estudiar el contenido de las cavidades ventriculares a lo largo del ciclo cardiaco, permitiendo estudiar el funcionalismo ventricular. Ha sido muy difundida la utilización de imágenes paramétricas de amplitud y fase del primer armónico del desarrollo de Fourier, que proporcionan información sobre la contractilidad y el sincronismo cardiaco. En este trabajo proponemos la utilización de dos armónicos para obtener nuevas imágenes paramétricas que reflejen las distintas fases del ciclo cardiaco. Estas corresponden a los parámetros: amplitud, tiempo de telesistole, fracción de eyección, máximas velocidades de vaciado y llenado y tiempos en los que se producen, además de una cuantificación utilizando el valor medio y desviación estándar de los valores de los parámetros en cada ventrículo. Los objetivos planteados fueron implementar el método compararlo con el estándar de un armónico. Se ha aplicado el método a un grupo formado por 13 voluntarios sanos, 10 hombres y 3 mujeres, lo que nos ha permitido estimar el rango de normalidad de los distintos parámetros en cada ventrículo. Los valores medios y desviaciones estándar de estos parámetros son distintos en los dos ventrículos. También se ha encontrando que los valores de tiempo de telesistole obtenidos con uno y dos arménicos son significativamente distintos siendo más altos y más dispersos, los obtenidos con un armónico. Las imágenes paramétricas calculadas mediante dos armónicos son más uniformes, existiendo diferencias significativas con los valores obtenidos mediante un armónico. El método también fue aplicado en varios sujetos con patología. En conjunto, puede concluirse que el método propuesto utilizando dos armónicos obtiene unos parámetros capaces de discriminar diversas patologías, siendo de utilidad para el estudio del funcionalismo cardíaco. La última aplicación es en los estudios de motilidad ciliar los cuales sirven para estudiar el comportamiento de los cilios de las mucosas que recubren las vías respiratorias. Su misión es transportar las partículas que se hayan depositado sobre ellos, hacia el exterior, a través de la boca. La velocidad con que estos cilios transportan estas partículas es importante ya que se ha observado que los enfermos con afección de las vías respiratorias presentan una disminución de esta capacidad protectora. Se ha desarrollado un método que permite cuantificar la velocidad de transporte en cualquier parte de la trayectoria. El método puede aplicarse los dos epitelios ciliadas que se encuentran en el organismo humano, corno son la mucosa nasal y la bronquial. Un conjunto de 14 sujetos normales voluntarios fue estudiado por esta técnica. El promedio de la velocidad media, en este grupo fue de S.3±1.4 mm/min. También se estudió un grupo de 16 laringectomizados, obteniendo un valor de 3.6±1.2 mm/min. La diferencia significativa hallada (p<0,005) demuestra que, en las personas laringectomizadas, se produce una alteración en la función de transporte probablemente l por atrofia de la mucosa nasal. El método implementado permite cuantificar con precisión la velocidad de transporte incluso en las diferentes partes del trayecto, pudiendo detectar zonas con motilidad ciliar anómalas por lo que puede ser de utilidad en el diagnóstico. / The aim of this work is to analyze the usefulness of the parametric images in the quantification of dynamic studies. To this purpose, they have been applied in three different situations. First, in myocardial perfusion this thesis studies to quantify the difference between the stress and redistribution images. In this case, a parametric image of washout was used. Methods of background substraction to eliminate non-cardiac activity and of superimposition of both stress and redistribution images were studied and their efficacy checked by means of a computer-simulated model. The results of the quantification method were in agreement with the theoretical ones. It was also applied to real images and the results were in agreement with the patient's pathology. The second application is on equilibrium radionuclide angiocardiography, in which the utilization of two harmonics is proposed in order to calculate parametric images of amplitude, time to end-systole, ejection fraction, peak ejection and peak tilling rates, and time-to-peak ejection and time-to-peak filling rates. The quantification of these images was made by using the mean and standard deviation of the values of these functional parameters for each ventricle. The method has been applied to the studies of 13 healthy volunteers, which has allowed us to determine the range of normal values for each parameter. It was also applied to subjects with cardiac pathology. The last application is studies of ciliary motility. A method has been developed which allows to quantity the velocity of transportation in any part of the trajectory of a drop of radiopharmaceutical placed on the nasal cilia. This technique was applied to 14 normal subjects and to 16 laringectomized patients. It was found that the velocity was lesser in the pathological group (3.6±1.2 mm/min) than in normals (5.3±1.4 mm/min), being the difference statistically significant (p<0,005). This demonstrates that in laringectomized patients an alteration of the transportation function occurs, probably for atrophy of nasal mucosa.

Thesis (M. Sc.)--Carleton University, 2004. / Includes bibliographical references (p. 76-83). Also available in electronic format on the Internet.

Thesis (M.App.Sc.) - Carleton University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 115-121). Also available in electronic format on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 1997. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 240-150). Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 1997. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 240-150). Also available on the Internet.

A eficiência e a segurança de uma prática de medicina nuclear dependem, entre outros fatores, de um programa de controle de qualidade, principalmente no que diz respeito à utilização de medidores de atividade de radionuclídeos (ativímetros). Dentre as maiores fontes de erro nas medidas realizadas com um ativímetro estão: a espessura, o tamanho e o volume do frasco que contém o radiofármaco, considerando que um ativímetro típico tem a sua resposta reconhecidamente dependente do frasco utilizado. O propósito desse trabalho foi implantar um programa de controle de qualidade além de estabelecer fatores de correção referente à geometria do frasco de vidro para distribuição de radiofármacos e calibração de ativímetros, considerando que o Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) possui um Sistema Padrão Secundário NPL-CRC radionuclide calibrator, fabricado pela Southern Scientific, composto por uma câmara de ionização tipo poço e um sistema de medida de corrente, com rastreabilidade ao National Physical Laboratory (NPL) e calibrado com um frasco de vidro tipo P6 que possui dimensões diferentes dos utilizados pelo IPEN. Foram testados os radiofármacos 67Ga, 131I, 201Tl e 99mTc, todos produzidos pelo IPEN. Os resultados demonstraram uma variação de até 22% para o radiofármaco 201Tl, sendo que a menor variação foi encontrada para o 131I (2,98%). Os fatores de correção encontrados devem ser incorporados na calibração rotineira dos ativímetros. / The efficiency and safety of the nuclear medicine practice depend, among others factors, of a quality control programme, mainly related to the use of the nuclide activity meters (activimeter). One of the most important sources of errors in the activimeter measurements is the thickness, size and volume of the vial that contains the radiopharmaceutical considering that a typical activimeter has its response dependent of the vial used. The objective of this work was to establish a quality control programme and the correction factors for the geometry of the vials used for distribution of radiopharmaceutical and activimeters calibration, considering that the Calibration Laboratory of Instrumentos (LCI) of the Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) has a NPL-CRC Secondary Standard Radionuclide Calibrator System, manufactured for the Southern Scientific plc, compound by an ionization chamber well type and a current measurement system, with traceability to National Physical Laboratory (NPL) and calibrated with a P6 vial type with different dimensions of the one used for the IPEN. The radiopharmaceutical produced by IPEN 67Ga, 131I, 201Tl and 99mTc, had been tested using the two different vials. The results shown a maximum variation of 22% for 201Tl, and the minimum variation was 2.98% for 131I. The correction factors must be incorporated in the routine calibration of the activimeters.

Metodologias recentes de planejamento dependem fortemente de imagens de tomografia computadorizada e a tendência é que os procedimentos de dosimetria interna na terapia usando medicina nuclear também sejam baseados em imagens, tais como, imagens de ressonância magnética (RM) e tomografia computadorizada (TC), que extraem informações anatômicas e histológicas, bem como, imagens funcionais ou mapas de atividades, provenientes de PET e SPECT. Estas informações, associadas a um software de transporte de radiação, são utilizadas para estimar a dose interna em pacientes submetidos a tratamento em medicina nuclear. Este trabalho visa a re-engenharia do SCMS, que é um software de interface entre o código MCNP e as imagens médicas, que carregam as informações do paciente em tratamento. Em outras palavras, as informações necessárias contidas nas imagens são interpretadas e apresentadas em um formato específico para o código MCNP, que executa a simulação do transporte de radiação. Portanto, o usuário não precisa compreender o complexo processo de introdução de parâmetros do MCNP, pois o SCMS é responsável por construir automaticamente dados anatômicos do paciente, bem como, os dados da fonte radioativa. O SCMS foi originalmente desenvolvido em Fortran-77 e neste trabalho, ele foi reescrito em uma linguagem orientada a objetos (JAVA). Novas funcionalidades e opções de dados também foram incorporadas ao software. Assim, o novo software tem uma série de melhorias, tais como interface gráfica intuitiva e um menu para a seleção do espectro de energia correspondente a um radioisótopo específico, armazenado em um banco de dados XML. A nova versão também trabalha com uma maior quantidade de materiais e o usuário pode especificar uma região de interesse na tomografia computadorizada para o cálculo da dose absorvida. / Recent treatment planning systems depend strongly on CT images and the tendency is that the internal dosimetry procedures in nuclear medicine therapy be also based on images, such as magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT), to extract anatomical and histological information, as well as, functional imaging or activities map as PET and SPECT. This information associated with a radiation transport simulation software is used to estimate internal dose in patients undergoing treatment in nuclear medicine. This work aims to re-engineer the software SCMS, which is an interface software between the Monte Carlo code MCNP, and the medical images, that carry information from the patient in treatment. In other words, the necessary information contained in the images are interpreted and presented in a specific format to the Monte Carlo MCNP code to perform the simulation of radiation transport. Therefore, the user does not need to understand the complex process of inputting data on MCNP, as the SCMS is responsible for automatically constructing anatomical data from the patient, as well as the radioactive source data. The SCMS was originally developed in Fortran-77. In this work it was rewritten in an object-oriented language (JAVA). New features and data options have also been incorporated into the software. Thus, the new software has a number of improvements, such as intuitive GUI and a menu for the selection of the energy spectra correspondent to a specific radioisotope stored in a XML data bank. The new version also supports new materials and the user can specify an image region of interest for the calculation of absorbed dose.

A área da medicina nuclear possui uma crescente vertente em terapia de doenças, particularmente no tratamento de tumores radiosenssíveis. Devido à alta dose utilizada na terapia desses tumores é de extrema importância a quantificação da distribuição da dose, para assim evitar os efeitos deletérios nos tecidos sadios. No Brasil o sistema de dosimetria interna utilizado é o MIRD (Medical Internal Radiation Dose) baseado em um modelo de referência que não possui dados suficientes do paciente para obter uma avaliação detalhada da dose em terapia. Novos sistemas de dosimetria interna utilizam imagens de tomografia computadorizada para obter tanto informações do corpo do paciente, como informações da distribuição da atividade interna do paciente, para assim, com base nessas informações, realizar o cálculo de dose mediante um código de Monte Carlo. Esse tipo de dosimetria é denominado dosimetria personalisada do paciente. No Centro de Engenharia Nuclear do Ipen, está em desenvolvimento uma metodologia em que as informações das imagens tomográficas são inseridas no código de Monte Carlo MCNP5 mediante um software denominado SCMS (Sistema Construtor de Manequins Segmentadores). Assim, a dosimetria pode ser realizada de forma personalizada para cada paciente, obtendo-se a deposição de energia nos órgãos de interesse. O presente trabalho teve por objetivo contribuir para a área de medicina nuclear com o desenvolvimento de parte do sistema mencionado de dosimetria personalizada do paciente para terapia radionuclídica. Para isso foram propostos três objetivos específicos: (1)Desenvolver um software para converter imagens de tomografia computadorizada (CT) em parâmetros do tecido (&rho;,&omega;i); (2) Desenvolver um software para realizar a correção de atenuação em imagens tomográficas de medicina nuclear (SPECT ou PET) para fornecer o mapa de atividade relativa e (3) Preparar os dois softwares anteriores para fornecerem dados de entrada ao SCMS. O software desenvolvido para o primeiro objeto específico foi o Image Converter Computed Tomography (ICCT) que obteve uma boa precisão para determinar a densidade, e em relação à composição dos tecidos, os únicos elementos que obtiveram alta variação foram o carbono e oxigênio. Felizmente, essa variação para a faixa de energia utilizada em terapia radionuclídica não é prejudicial para a distribuição da dose. Uma das vantagens é a alta precisão em relação a cálcio e fósforo que possuem grande influência na distribuição da dose. Para o segundo objetivo foi desenvolvido o Attenuation Corretion PET SPECT (ACPS) que efetua a correção de atenuação em imagens de PET e SPECT mediante o método de Chang de 1a ordem e gera a distribuição da atividade relativa no interior do paciente. Por fim, os dados gerados pelos dois softwares foram formatados para o SCMS. / The nuclear medicine area has an increasing slope in the therapy of diseases, particularly in the treatment of radiosensitive tumors. Due to the high dose levels in radionuclide therapy, it is very important the accurate quantify of the dose distribution to avoid deleterious effects on healthy tissues. In Brazil, the internal dosimetry system used is the MIRD (Medical Internal Radiation Dose) based on a reference model that does not have adequate patient data to obtain a dose accurate assessment in therapy. However, in recent years, internal radionuclide dosimetry evaluates the spatial dose distribuition basead on information obtained from CT and SPECT or PET images together with the using of Monte Carlo codes. Those systems are called patient-specific dosimetry systems. In the Nuclear Engineering Center at IPEN, this methodology is in development. When the CT images are inserted into the Monte Carlo code MCNP5 through of use of a interface software called SCMS the dosimetry can be accomplished using patient-specific data, resulting in a more accurate energy deposition in organs of interest. This work aim to contribute with the development of part of that patient-specific dosimetry for therapy. To achieve this goal we have proposed three specific objectives: (1) Development of a software to convert images from Computed Tomography (CT) in the tissue parameters (&rho;, &omega;(i)); (2) Development of a software to perform attenuation correction in nuclear medicine tomographic images (SPECT or PET) and to provide the map of relative activity and (3) Provide data to the SCMS code by these two softwares. The software developed for the first specific objective was the Image Converter Computed Tomography (ICCT), which obtained a good accuracy to determine the density and the tissue composition; the elements that had high variation were carbon and oxygen. Fortunately, this variation for the energy range used in radionuclide therapy is not detrimental to the dose distribution. A major advantage is the high accuracy obtained to calcium and phosphorus which have great influence on the dose distribution calculation. For the second objective it was developed the Attenuation Corretion SPECT PET (ACPS) software which performs the attenuation correction in PET and SPECT images through of 1a order Chang method and create the relative activity distribution within of patient. Finally, the data generated by the two softwares, was formatted to SCMS which in provides the complete information do the MCNP5 Monte Carlo code for radiation transport simulation for dose distribution estimation.

O tratamento de câncer possui diversas modalidades. Uma delas é a utilização de fontes de radiação como principal protagonista do tratamento. A radioterapia e a medicina nuclear são exemplos desse tipo de tratamento. Por utilizarem a radiação ionizante como principal ferramenta para a terapia, há a necessidade de se efetuar diversas simulações do tratamento a fim de maximizar a dose nos tecidos tumorais sem ultrapassar os limites de dose nos tecidos sadios circunvizinhos. Os sistemas utilizados na simulação desses tipos de terapia recebem o nome de Sistemas de Planejamento Dosimétrico. A medicina nuclear e a radioterapia possuem seus próprios sistemas de planejamento dosimétricos devido a grande diversidade das informações necessárias às suas simulações. Os sistemas de planejamento em radioterapia são mais consolidados do que os de medicina nuclear e por tal motivo um sistema que aborde tanto os casos de radioterapia como de medicina nuclear contribuiria para significativos avanços na área de medicina nuclear. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi modelar um Sistema de Planejamento Dosimétrico com o uso do código de Monte Carlo MCNP6 Monte Carlo N-Particle Transport Code que permitisse incorporar os casos de radioterapia e medicina nuclear e que fosse extensível a novos tipos de tratamentos. A modelagem desse sistema resultou na construção de um Framework, orientado a objetos, nomeado IBMC o qual auxilia no desenvolvimento de sistemas de planejamento que necessitam interpretar grandes quantidades de informações com o objetivo de escrever o arquivo base do MCNP6. O IBMC permitiu desenvolver de maneira rápida e prática sistemas de planejamento para radioterapia e medicina nuclear e os resultados foram validados com sistemas já consolidados. Ele também mostrou alto potencial para desenvolver sistemas de planejamento de novos tipos de tratamentos que utilizam a radiação ionizante. / Cancer therapy has many branches and one of them is the use of radiation sources as treatment leading method. Radiotherapy and nuclear medicine are examples of these treatment types. For using the ionization radiation as main tool for the therapy, there is the need of crafting many treatment simulation in order to maximum the tumoral tissue dose without throught the dose limit in health tissue surrounding. Treatment planning systems (TPS) are systems which have the purpose of simulating these therapy types. Nuclear medicine and radiotherapy have many distinct features linked to the therapy mode and consequently they have different TPS destined for each. The radiotherapy TPS is more developed than the nuclear medicine TPS and by that reason the development of a TPS that was similar to the radiotherapy TPS, but enough generic for include other therapy types, it will contribute with significant advances in nuclear medicine and in others therapy types with radiation. Based on this, the goal of work was to model a TPS that utilizes the Monte Carlo N-Particle Transport code (MCNP6) in order to simulate radiotherapy therapy, nuclear medicine therapy and with potential for simulating other therapy types too. The result of this work was the creation of a Framework in Java language, objectoriented, named IBMC which will assist in the development of new TPS with MCNP6 code. The IBMC allowed to develop rapidly and easily TPS for radiotherapy and nuclear medicine and the results were validated with systems already consolidated. The IBMC showed high potential for developing TPS by new therapy types.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP