Phanton developing and caractherizing for radiotherapy using conventional magnetic resonance imaging and magnetization transfer contrast

A dosimetria 3D utilizando gel à base de monômeros é uma importante ferramenta utilizada em casos de Radioterapia, em que há necessidade de uma alta resolução da distribuição espacial de dose. Neste trabalho, desenvolvemos um gel à base de monômeros do acido metacrilico, denominado MAGIC®, com a finalidade de avaliar a distribuição espacial de dose em simulações de tratamento de radioterapia, utilizando duas técnicas de imagens por ressonância magnética, Magnetic Resonance Imaging (MRI): a relaxometria (RT) e a transferência de magnetização (Magnetization Transfer, MT). Para tal, o trabalho foi desenvolvido em três etapas. Na primeira, desenvolvemos fantomas para serem irradiados com radiação ? e x, sobre os quais imagens de ressonância foram obtidas e analisadas. Desenvolvemos também um software, escrito em Matlab®, para analisar as imagens e traçar curvas de isodose dos fantomas irradiados. Em seguida, aperfeiçoamos o preparo, a composição, e as maneiras de adquirir e processar as imagens do gel irradiado. Nessa etapa incorporamos o formaldeido ao gel MAGIC, aumentando sua sensibilidade em 15%. Por fim, simulamos cinco configurações de tratamento de radioterapia e avaliamos as isodoses adquiridas, comparando-as com aquelas obtidas pelo software de planejamento radioterápico virtual, TPS®. As avaliações feitas com a técnica de relaxometria corresponderam às nossas expectativas. Com ela foi possível caracterizar o gel MAGIC, com alguns testes dosimétricos, bem como avaliar as 5 simulações de tratamentos radioterápicos propostas. O gel se mostrou linear até 20 Gy, mas não apresentou níveis aceitáveis de reprodutibilidade, necessitando de uma curva de calibração em cada teste. O gel possui número atômico efetivo próximo ao da água não necessitando de fatores de correções. Na maioria dos casos simulados, as isodoses das simulações feitas com o gel MAGIC reproduziram as simulações virtuais. Infelizmente, não obtivemos, por enquanto, o mesmo sucesso com a avaliação por MT. As imagens de MT não se mostraram confiáveis e por esse motivo as simulações com o gel só foram feitas com a técnica de RT.The 3D monomeric gel dosimetry is an important tool in radiation therapy cases which needs high spatial dose resolution. In this work we developed a methacrilic acid monomeric gel called MAGIC® to evaluate spatial dose distributions in simulations of radiation therapy treatments. We used two Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques, the relaxometry (RT) and the magnetization transfer (MT). The work was developed in three stages. First of all, the phantoms were created to be irradiated using and x radiations, the MRI were acquired and analyzed. We also developed a software, programmed in Matlab®, to analyze the images and to draw isodoses curves of irradiated phantoms. Following it, we improved the way the gel was prepared and its composition, as well the image acquisition and processing. In this part we added formaldehyde to the gel, improving its sensibility in 15%. Finally, we simulated 5 different radiation therapy treatments and compared the isodoses measured with the isodoses of the radiation therapy treatment planning software (TPS®). The results of the RT technique corresponded to our expectations. Using the RT we characterized the gel with dosimetric tests and evaluated five different radiation therapy treatments. The gel showed a linear relation with the dose until 20 Gy, but the results of the tests were not reproducibles, because of that we made a calibration curve for each test. The effective atomic number of the gel is close to the water, so it was not necessary any correction. In most of the simulated cases, the isodoses measured with the gel reproduced the virtual simulations. Unfortunately, until now, we didn\' t have the same success using the MT technique. The MT images were not reliable and because of that the simulations were only made with the RT technique

Searching for epileptiform region in patients with temporal lobe epilepsy: alternative methods based on fMRI and EEG-fMRI

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a forma mais comum de epilepsia e a mais resistente ao tratamento medicamentoso. Existem diversos tipos de drogas anti-epilépticas usadas no controle das crises. Entretanto, em alguns casos, esse tipo de tratamento não é eficaz e a cirurgia para remoção da zona epileptogênica (ZE) pode ser uma alternativa recomendada. A ZE é definida como aquela onde as crises são originadas. Trata-se de um conceito teórico e, atualmente, não existem técnicas capazes de delimitá-la precisamente. Na prática, exames de EEG, vídeo-EEG, MEG, SPECT, PET e diversas técnicas de MRI, em especial as funcionais, têm sido usados para mapear zonas relacionadas à ZE. Contudo, em alguns casos, os resultados permanecem não convergentes e a determinação da ZE inconclusiva. Desse modo, é evidente a importância do surgimento de novas metodologias para auxiliar a localização da ZE. Assim, pois, o objetivo deste trabalho foi desenvolver dois métodos para a avaliação da ZE, ambos baseados na imagem funcional por ressonância magnética. No primeiro, investigamos possíveis alterações da resposta hemodinâmica (HRF) quando da modulação da pressão parcial de CO2. Para tanto, fizemos um estudo sobre 22 pacientes com ELT e 10 voluntários assintomáticos modulando a pressão parcial de CO2 sanguíneo cerebral por um protocolo de manobra de pausa respiratória e outro de inalação passiva de CO2/ar. Os resultados mostram que o tempo de onset da HRF tende a ser maior e a amplitude da HRF tende a ser menor em áreas do lobo temporal de pacientes com ELT quando comparados com os dados de voluntários assintomáticos. Além disso, os resultados mostram mapas de onset individuais coincidentes com exames de SPECT ictal. O segundo estudo foi baseado em medidas de EEG-fMRI simultâneo. Neste, avaliamos a relação entres as potências dos ritmos cerebrais alfa e teta (EEG) e o contraste BOLD (fMRI) de 41 pacientes com ELT e 7 voluntários assintomáticos em estado de repouso. A análise da banda alfa mostrou correlações negativas nos lobos occipital, parietal e frontal tanto nos voluntários quanto nos pacientes com ELT. As correlações positivas nos voluntários foram dispersas e variáveis em ambos hemisférios cerebrais. Por outro lado, encontramos forte correlação positiva no tálamo e ínsula dos pacientes com ELT. Na análise da banda teta observamos correlações positivas bilaterais nos giros pré e pós central de voluntários. Ainda, foram observados clusters no cíngulo anterior, tálamo, ínsula, putamen, em regiões parietais superior, frontais e giros temporais. Também, utilizamos um cálculo de índice de lateralização (IL) no lobo temporal em confrontos entre pacientes com ELT à direita, pacientes com ELT à esquerda e voluntários assintomáticos. Verificamos que os ILs, utilizando os clusters obtidos nas análises em teta, foram coincidentes com o diagnóstico clínico prévio da localização da ZE em todas as análises dos grupos de pacientes com ELT à direita, e na maioria do grupo de pacientes com ELT à esquerda. De forma geral, verificamos que o método de hipercapnia se mostrou ferramenta interessante na localização da ZE comprovada pelos coincidentes achados pela avaliação de SPECT. Inferimos que o maior tempo de onset e menor amplitude da HRF observadas nos pacientes em relação a voluntários possam estar relacionados a um stress vascular devido à recorrência de crises. Já o método de ritmicidade alfa e teta proposto parece promissor para ser usado na determinação da lateralização da ZE em pacientes com ELT.Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common and resistant form of epilepsy to anti-epileptic drug. There are several types of anti-epileptic drugs used in seizure control. However, in some cases drug treatment is not effective and surgery to remove the epileptogenic zone (EZ) is a recommended alternative. EZ is a theoretical concept and there are many techniques that have been applied to enclose it precisely. In practice, EEG, video-EEG, MEG, SPECT, PET and various MRI techniques, especially functional MRI (fMRI), have been used to map areas related to EZ. However, in some cases, the results remain non-convergent and the EZ, undefined. Therefore, the use of new methodologies to assist the location of EZ have been proposed. Herein, our goal was to develop two methods for assessing the EZ. The first one was designed to access changes in the hemodynamic response (HRF) of the EZ in response to hypercapnia. 22 patients with TLE and 10 normal volunteers were evaluated by modulating the partial pressure of CO2 during the acquisition of fMRI in a breathing holding and a passive inhalation CO2/air protocols. The results show increased onset times and decreased amplitude of the HRF in the temporal lobe of TLE patients compared with asymptomatic volunteers. Moreover, most patients had onset maps coincident with ictal SPECT localizations. The second proposed study was based on simultaneous EEG-fMRI acquisitions. The relationship between powers of alpha and theta bands (EEG) and BOLD contrast (fMRI) was investigated in 41 TLE patients and 7 healthy controls. Alpha band results show a consistent negative correlation in the occipital, parietal and frontal lobes both in controls and TLE patients. In addition, controls show disperse positive correlations in both hemispheres. On the other hand, TLE patients presented strong positive correlations in the thalamus and insula. Theta band analysis, in controls, primarily show positive correlations in bilateral pre-and post-central gyri. In patients, robust positive correlations were observed in the anterior cingulate gyrus, thalamus, insula, putamen, superior parietal, frontal and temporal gyri. Moreover, the lateralization index (LI) indicates a coincidence between the side of the EZ evaluated by clinical diagnosis and clusters detected in the theta band. In conclusion, the hipercapnia study showed to be an interesting tool in locating EZ and the results are similar to SPECT findings. The longer onset and lower amplitude of the HRF observed in patients may be related to a vascular stress due to the recurrence of seizures. Furthermore, alpha and theta rhythms may be a promising tool to be used in determining the lateralization of EZ in patients with TLE

Brain glucose metabolism and gray matter volume in retired professional soccer players: a cross-sectional [18F]FDG-PET/MRI study

Background Professional soccer athletes are exposed to repetitive head impacts and are at risk of developing chronic traumatic encephalopathy. Objective To evaluate regional brain glucose metabolism (rBGM) and gray matter (GM) volume in retired soccer players (RSPs). Methods Male RSPs and age and sex-matched controls prospectively enrolled between 2017 and 2019 underwent neurological and neuropsychological evaluations, brain MRI and [18F]FDG-PET in a 3.0-Tesla PET/MRI scanner. Visual analysis was performed by a blinded neuroradiologist and a blinded nuclear physician. Regional brain glucose metabolism and GM volume were assessed using SPM8 software. Groups were compared using appropriate statistical tests available at SPM8 and R. Results Nineteen RSPs (median [IQR]: 62 [50–64.5] years old) and 20 controls (60 [48–73] years old) were included. Retired soccer players performed worse on mini-mental state examination, digit span, clock drawing, phonemic and semantic verbal fluency tests, and had reduced rBGM in the left temporal pole (pFDR = 0.008) and the anterior left middle temporal gyrus (pFDR = 0.043). Semantic verbal fluency correlated with rBGM in the right hippocampus, left temporal pole, and posterior left middle temporal gyrus (p ≤ 0.042). Gray matter volume reduction was observed in similar anatomic regions but was less extensive and did not survive correction for multiple comparisons (pFDR ≥ 0.085). Individual [18F]FDG-PET visual analysis revealed seven RSPs with overt hypometabolism in the medial and lateral temporal lobes, frontal lobes, and temporoparietal regions. Retired soccer players had a higher prevalence of septum pellucidum abnormalities on MRI. Conclusion Retired soccer players had reduced rBGM and GM volume in the temporal lobes and septum pellucidum abnormalities, findings possibly related to repetitive head impacts