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Dissertação para obtenção de grau de mestre em Engenharia Biomédica A tomografia de emissão de positrões (PET, do acrónimo inglês Positron Emission Tomography) com 18F-FDG é uma técnica que apresenta elevada sensibilidade no estudo de neoplasias. O cálculo dosimétrico em PET depende da biodistribuição do 18F-FDG, que é de difícil modelação e sofre elevadas variações entre indivíduos. O objetivo do presente estudo é proceder ao cálculo dosimétrico de exames PET com 18F-FDG por simulações de Monte Carlo, recorrendo ao software PENELOPE, aos modelos biocinéticos propostos por Hays e Segal e ao modelo vesical desenvolvido por Stephen et al., comparando os resultados obtidos com resultados descritos pela ICRP publicação 106, por Hays et al., por Deloar et al., por Quinn et al. e por Brix et al. Foi criado um fantoma computacional antropomórfico baseado em equações quádricas, que apresentou uma massa total de 87,01 kg. Desenvolveram-se simulações de Monte Carlo de acordo com a biodistribuição do 18F-FDG, tendo-se admitido como órgãos-fonte o cérebro, os pulmões, o miocárdio, o fígado, a bexiga. Realizaram-se, também, simulações correspondentes à modelação da atividade de fundo. Com base nos resultados das simulações e nos dados de biocinética foram calculadas as doses absorvidas pelos diferentes órgãos e a dose efetiva por unidade de atividade de 18F-FDG adminsitrada. Calculou-se, também a ponderação da Tomografia Computorizada (CT, do acrónimo Inglês Computed Tomography) na dose efetiva de exames híbridos PET-CT. Obtiveram-se, ainda, resultados relativos à contribuição dos positrões em questões dosimétricas de PET. O modelo vesical foi utilizado para calcular a influência da hidratação em dosimetria de PET pela variação dos tempos para a primeira excreção (40-180 min). A dose efetiva por unidade de atividade de 18F-FDG administrada (1,8×10−2 mSv/MBq) apresenta uma diferença percentual baixa quando comparada com o resultado da ICRP publicação 106 (7,89%) e com o estudo de Quinn et al. (12,69%). Os resultados de dose absorvida nos diferentes órgãos, apresentam diferenças percentuais muito consideráveis entre todos os estudos descritos. A percentagem de energia depositada pelos positrões apresenta um valor preponderante (87,19%) relativamente aos fotões de aniquilação. Os exames híbridos PET-CT acarretam um aumento de dose efetiva (11,08 mSv), tendo a CT uma elevada contribuição (45%). O estado de hidratação do paciente é importante em dosimetria em PET, podendo estar associado a um aumento de dose efetiva na ordem dos 0,6 mSv/MBq. Positron Emission Tomography (PET) has emerged as a powerful imaging tool for the detection of various cancers. Dosimetric calculation in PET depends on the biodistribution of 18F-FDG, which is difficult to model and suffers high variations between individuals. The aim of this study is to perform dosimetric calculation of 18F-FDG PET by Monte Carlo simulations using PENELOPE software, biokinetic models proposed by Hays and Segal and vesical model developed by Stephen et al, and comparing the results obtained with results described by the ICRP publication 106, Hays et al., Deloar et al., Quinn et al. and Brix et al. An anthropomorphic computational phantom based on quadric equations was created, with a total mass of 87.01 kg. Monte Carlo simulations were developed according to the biodistribution of 18F-FDG. Brain, lungs, myocardium, liver and bladder were recognized as source organs. Simulations modeling the background activity were also developed. Based on the results of the simulations and the biokinetic data, organ absorbed doses and effective dose per unit of 18F-FDG activity administered were calculated. The weighting of the Computed Tomography (CT) in the effective dose of PET-CT hybrid exams was also calculated. Were also obtained results of the contribution of the positrons in PET dosimetry. The bladder model was used to calculate the influence of hydration in PET dosimetry by varying the times for the first excretion (40-180 min). The effective dose per unit of 18F-FDG activity (1.8×10−2 mSv/MBq) had a low percentage difference when compared with the ICRP publication 106 (7.89%) and with the study of Quinn et al. (12.69%). The results of organ absorbed doses presents high percentage differences between all the described studies. The percentage of deposited energy by positrons has a preponderant value (87.19%) when compared to the annihilation photons. PET-CT hybrid exams lead to an increase of the effective dose (11.08 mSv), with a high contribution of the CT (45%). The patient's hydration status is important in PET dosimetry and may be associated with an effective dose increase of 0.6 mSv / MBq. N/A

Introdução A artrite reumatoide (AR) é uma doença caracterizada pela inflamação da membrana sinovial. Diversos autores têm investigado o papel da tomografia por emissão de pósitrons (PET) com flúor-18 (FDG-18F) na AR. Objetivos Revisão sistemática da literatura atual sobre o papel do PET com FDG-18F no diagnóstico, determinação da atividade da doença e avaliação da resposta ao tratamento em pacientes com AR. Métodos Foram realizadas buscas nas bases de dados Medline, Biblioteca Cochrane, Lilacs, Pubmed e Scopus nos idiomas português, inglês e espanhol, utilizando as palavras-chave «artrite reumatoide», «sinovite», «FDG», «PET», «metabolismo glicolítico» e «atividade da doença». Resultados 142 artigos foram inicialmente identificados, dos quais apenas 40 relacionavam-se diretamente ao tema. Foram selecionados 12 artigos originais e três relatos de caso que preenchiam os critérios de inclusão. Discussão A presença de fibroblastos e macrófagos ativados no pannus é responsável pela intensa captação periarticular de FDG-18F. Os padrões de captação não permitem o diagnóstico diferencial com outras artrites. A intensidade de captação e o número de articulações envolvidas são parâmetros metabólicos de atividade da doença que apresentam boa correlação com os índices compostos. Estudos longitudinais de PET têm se mostrado úteis na avaliação da resposta ao tratamento com anti-TNF. Quando realizado precocemente, PET pode predizer a resposta terapêutica. Conclusão Embora o real papel dessa nova técnica na investigação da AR ainda não esteja estabelecido, PET com FDG-18F é uma ferramenta promissora na determinação da atividade e na predição de resposta ao tratamento de pacientes com AR. Introduction Rheumatoid arthritis (RA) is a disease characterized by inflammation of the synovial membrane. Several authors have investigated the role of positron emission tomography (PET) with fluorine-18 fluorodeoxyglucose (18F-FDG) in RA. Objectives To systematically review the current literature on the role of 18F-FDG PET in the diagnosis, determination of disease activity and assessment of treatment response in patients with RA. Methods Searches were conducted in Medline, Cochrane Library, Lilacs, Pubmed and Scopus in Portuguese, English and Spanish languages, using the keywords «rheumatoid arthritis», «synovitis», «FDG», «PET», «glycolytic metabolism» and «disease activity». Results One hundred and forty-two articles were initially identified, of which only 40 were related directly to the subject. Twelve original articles and three case reports that met the inclusion criteria were selected. Discussion The presence of activated macrophages and fibroblasts in pannus are responsible for the intense periarticular uptake of 18F-FDG. The uptake patterns do not allow the differential diagnosis with other arthritides. The uptake intensity and the number of joints involved are metabolic parameters of disease activity that correlate well with the composite indices. Longitudinal studies of PET have proven useful in assessing the response to treatment with anti-TNF. When performed early, PET can predict the therapeutic response. Conclusion Although the actual role of this new technique for the investigation of RA is not yet established, 18F-FDG PET is a promising tool in determining the activity and prediction of response to treatment of patients with RA.

A Medicina Nuclear, como especialidade 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. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography). Para isso, foi desenvolvida uma estrutura de processamento de imagens tridimensionais PET, constituída por etapas sucessivas que se iniciam com a obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados para este fim volumes simulados do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como phantoms gerados com o software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados é introduzido ruído Poisson que é o ruído característico das imagens PET. Na sequência é executada uma etapa de pré-processamento, utilizando alguns filtros 3D tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro Anscombe/Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação, processo baseado na teoria de Conectividade Fuzzy sendo implementadas quatro diferentes abordagens 3D: Algoritmo Genérico, LIFO, kTetaFOEMS e Pesos Dinâmicos. Finalmente, um procedimento de avaliação conformado por três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) foi utilizado para mensurar o nível de eficiência e precisão do processo. Constatou-se que o par Filtro - Segmentador constituído pelo filtro Anscombe/Wiener junto com o segmentador Fuzzy baseado em Pesos Dinâmicos proporcionou os melhores resultados, com taxas de VP e FP na ordem de 98,49 ± 0,27% e 2,19 ± 0,19%, respectivamente, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado. Com o conjunto de escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerrou-se o projeto analisando um número reduzido de volumes pertencentes a um exame PET real, obtendo-se a quantificação dos volumes. The Nuclear medicine, as a specialty to obtain medical images is very important, and it has became one of the main procedures utilized in Health Care Centers to analyze the metabolic behavior of the patient. This project was based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography). Thus, we developed a 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 of the Left Ventricular Heart, such as phantoms obtained from the NCAT-4D software. Then, Poisson quantum noise was introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images. Subsequently, the pre-processing step was executed by using specific 3D filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the Anscombe/Wiener filter. Then the segmentation process, which is based on the Fuzzy Connectedness theory, was implemented. For that purpose four different 3D approaches were implemented: Generic, LIFO, kTetaFOEMS, and Dynamic Weight algorithm. Finally, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify three parameters (True Positive, False Positive and Maximum Distance) that determined the level of efficiency and precision of our process. It was found that the pair filter - segmenter formed by the Anscombe/Wiener filter together with the Fuzzy segmenter based on Dynamic Weights provided the best results, with VP and FP rates of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively, for the simulation of the Left Ventricular volume. Along with the set of choices made during the processing structure, the project was finished with the analysis of a small number of volumes that belonged to a real PET test, thus the quantification of the volumes was obtained.