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PRINCPRINCÍÍPIOS DE AQUISIPIOS DE AQUISIÇÇÃOÃODE IMAGENSDE IMAGENS

EM MEDICINA NUCLEAR EM MEDICINA NUCLEAR

Marina de SMarina de Sáá RebeloRebeloServiServiçço de Informo de Informááticatica

InCor InCor --HCFMUSPHCFMUSP

Junho 2009Junho 2009

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• Instrumentação e princípios físicos

princípios geraisformação da imagem: instrumentação• Técnicas de aquisição

imagens estáticasimagens sincronizadasimagens dinâmicasimagens tomográficas: SPECT & PET

Agenda

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Princípios gerais

• Alterações anatômicas são precedidas pomudanças funcionais• Medicina Nuclear permite a visualização

desses indicadores precoces de doença atravéda administração e mapeamento de agente

marcados com material radioativo noorganismo

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A distribuição desses agentes no

corpo é determinada pela formacomo eles são administrados e por processos metabólicos

• Agentes, ou fármacos marcados commaterial radiotativo - radioisótopos, têm afunção de mostrar a função fisiológica deórgãos ou sistemas

Cloreto deTálio (Tl-201)músculo cardíaco

Iodeto de Sódio (I-131)tireóide

Radiofármacos

MDP (Tc-99M)Osso

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Pode ter o número de nêutronsdiferente

Um elemento tem sempre omesmo número de prótons

número atômico (Z)

Isótopos

isótopos: átomos com mesmo Z e númerode massa diferente

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Radioisótopos

Núcleos de certos isótopos são instáveis : estão em

níveis energéticos excitados e podem dar origem àemissão de uma ´partícula´ do núcleo

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Tipos de decaimento radioativo

Emissão de núcleo de He(4-8 MeV)

• Decaimento :

• Emissão de partícula:Emissão de Elétron - espectrocontínuo de energias

• Emissão de raios:onda eletromagnéticavalores discreto de energia

• Nêutrons

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Radiação

Radiação: energia na forma

de ondas eletromagnéticasou partículas

Não ionizante: não possui energia suficiente para ionizarátomos: microondas, luz visível, RF, ultra-violeta

Ionizante: tem energia pararemover elétrons de átomos nosmateriais que atravessa. Esse processo é chamado de ionização

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• O decaimento de uma amostra radioativa éestatístico: é impossível predizer quando umdeterminado átomo vai desintegrar

• Atividade: número de núcleos radioativos que

decai por unidade de tempo (curie - Ci)

Atividade e Meia-Vida

Cada radioisótopo tem uma taxade decaimento singular, que é ameia vida física.Meia vidadescreve o temponecessário para que a quantidadede núcleos radioativos diminua para a metade do valor original

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Formação da Imagem

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Radiofármaco

Câmara decintilação

Monitor Process.do sinal

Formação da Imagem

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resolução baixa comparada comCT ou ressonância

Uma imagem de Medicina Nuclear é o mapada distribuição do composto marcado commaterial radioativo dentro do paciente

distribuição predominante do órgãoque se deseja estudar

valor diagnóstico muito alto

fornece informações funcionais

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Detecção do sinal

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Sistema de detecção

A Câmara de Cintilação é o sistema maisutilizado para detecção em Medicina Nuclear diagnóstica

Composta basicamente por:Cristal de NaI (extenso e fino)Colimador

Sistema eletrônico de amplificação e análise dos sinaiscaptados

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Sistema de detecção

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Quando o raio gamaatinge o cristal elevai liberar elétrons,

que integragem comátomos do cristal para produzir luz,em um processoconhecido como

cintilação

Cintilação

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Colimador (septos paralelos)

A imagem formada no cristal é uma projeção bidimensional da distribuição tridimensional doradiofármaco no organismo

Seleciona a direçãodos fótonsque incidem

no cristal

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Fotomultiplicadora

Ampliação e conversão do sinal

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Fotomultiplicadora

A luz recebida é proporcionalà distância entre afotomultiplicadora ea cintilação

Um circuito lógicodetermina a posiçãoda cintilação e aenergia depositadano cristal

X+X-

Y+

Y-

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• Cada isótopo decai com fótons de energia

característica. A amplitude do pulso detectadé proporcional à energia depositada pelo fótono cristal

• O sinal obtido não é monoenergéticoespalhamento dos fótons no paciente outro

eventos concorrentes• Evento válido: é aquele em que toda a energido fóton é depositada no cristal

Sinal detectado

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A seleção da faixa do sinal para os eventosválidos é efetuada pelo analisador de altura de pulso, que, em geral, seleciona pulsos proporcionais à energia do fóton ± 10%.

Janela de energia

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Ao final do processo de aquisição e formaçãoda imagem, em cada pixel a contagem é

proporcional às cintilações produzidas nesse ponto

a contagem reflete o número de emissões

ocorridas no órgão em estudo

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• Fatores que afetam a qualidade da imagem* Resolução* Atenuação* Espalhamento* Ruído estatístico

Qualidade da Imagem

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Resolução Espacial

• Refere-se ao grau de borramento nas bordasentre diferentes regiões da imagem

• Característica da câmara: descreve suahabilidade em distinguir duas fontesradioativas pontuais como entidadesdistintas

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Depende de alguns fatores:. Resolução intrínseca (cristal + fotomultip.). Resolução do colimador (septos diam/comp)

L z Ld

R)(

L z

Resolução Espacial

SPECT: 7 ~ 10mm longe

animal: submilimétricaPET ~ 5mm

Ti d i ã

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efeito fotoelétrico espalhamento compton

Tipos de interação(Atenuação e espalhamento)

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Atenuação e espalhamento

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At ã

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A atenuação reduz a taxa de contagemde uma maneira não uniforme ( a taxa deatenuação é proporcional a e(- x) )

são detectados menos eventos provenientes defontes profundas do que de fontes superficiaisequivalentes.

Atenuação

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Ruído estatístico• Não é possível prever exatamente qual átomo v

decair em um dado instante• O número de desintegrações por unidade de

tempo flutua ao redor de um valor médio,

segundo a distribuição de PoissonErro na medida da intensidade de cada

ponto da imagem N

• Ruído baixo: atividade injetada, tempo deaquisição, sensibilidade da câmara, radiofárma

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TTéécnicas decnicas deAquisiAquisiççãoão

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Imagens Estáticas

• As contagens são acumuladas em uma única

imagem até que um nível pré-determinadode contagens seja atingido ou até que umtempo pré-determinado seja transcorrido

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Imagens Dinâmicas

• Essa técnica é empregada quando o fenômeno

a ser estudado é variável no tempo (porém nãonecessariamente periódico)• A aquisição é semelhante àquela de imagens

estáticas, exceto pelo fato de que váriasimagens seqüenciais são adquiridas

• Cada imagem é composta de contagensacumuladas em um período pré-fixado detempo

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A i i ã i i d (G t d)

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Aquisição sincronizada (Gated)

• É a aquisição de dados de imagemsincronizada com algum sinal fisiológico.

• Em cardiologia, por exemplo, o sinalfisiológico de interesse é Eletrocardiograma(ECG). As imagens do ciclo cardíaco sãoadquiridas ao longo de centenas de ciclos

Aq isição sincroni ada (Gated)

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Aquisição sincronizada (Gated)

Ventriculografia Radioisotópica:

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Ventriculografia Radioisotópica:Aquisição sincronizada com o ECG

Imagens tomográficas

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• As imagens obtidas com as técnicasdescritas fornecem uma projeção plana deuma fonte volumétrica provocando uma

sobreposição de estruturas• A localização de lesões pode estar oculta pela sobreposição de outras camadas

• Essa localização pode ser melhoradaatravés do isolamento de seções do órgão

Imagens tomográficas

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A Tomografia por emissão de fótonúnico (Single Photon EmissionComputed Tomography - SPECT) é umatécnica que gera imagens em planosdentro de um volume radioativo a partirde projeções desses volumes obtidas em

diferentes ângulos

SPECT

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SPECT

projeções

renderização 3D

x

y

sinograma

Câmara de cintilaçãotomográfica

Cortes tomográficos

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Cortes tomográficos

Visualização

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Visualização

GATED SPECT

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1 2 3

GATED SPECT

4

1 2 3 4ECG

Tomografia por emissão de

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g ppósitron - PET

• Pósitron ( + ou e+) partícula sub-nuclear com as mesmas propriedades do elétron , exceto pela cargaelétrica positiva

• Emissão

emitido por um radionuclídeo incorporadoao radio-fármaco administrado ao paciente

Tomografia por emissão de

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g ppósitron - PET

Emissores de + mais usados

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na Medicina• São naturalmente encontrados em sistemasbiológicos :11C*, 18F , 13N , 15O#

• Podem ser incorporados em moléculasbiologicamente ativas : açúcares, proteínas, água,gases, amino-ácidos

• Molécula mais comum é fluorodeoxyglucose (FDG),um açúcar, que é um análogo da glicose. Possuemmeia - vida física bastante curta, entre 1,5 e 110minutos, resultando em baixas doses absorvidaspelos pacientes

* meia vida: 20,3 min, meia vida: 109,7 min,meia vida: 10min; # meia vida: 2 min

Detecção do sinal

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Detecção do s a

Os dois fótons com

mesma direção eem sentidosopostos são

detectados por umcircuito decoincidência

Line of

response

Cristal típico: bismuth germinate – otimizado para fótons de 511K

Equipamentos PET-CT

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Equipamentos PET CT

• Equipamentos PET integrados com CT• Fazem o registro, ou fusão, das duas

imagens: informação funcional e anatômicaCT

órgãos e ossosPET

Atividade celular

FusãoLocalização exata daalta atividade celular

Sites

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• http://radiographics.rsnajnls.org/cgi/content/full/19/2/481(detetores e formação da imagem)

• http://www.physics.ubc.ca/~mirg/home/tutorial/tutorial.html• http://www.ndt-

ed.org/EducationResources/HighSchool/Radiography/introx

ays.htm (radiação gama)

Sites