ALINHAMENTO DE IMAGENS DE MEDICINA NUCLEAR

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Capitulo I - Apresentação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capitulo I - Apresentação 
PD 77 - Alinhamento de Imagens 
Médicas 
 
 
 
Relatório final submetido ao Departamento de Engenharia Electrotécnica e 
de Computadores para satisfação parcial dos requisitos do: 
 
Projecto, Seminário, Trabalho de 
Fim de Curso 
 
 
 
 
 
Por: 
 
Nuno José Sá Couto 
Sérgio Vasconcelos de Barros 
 
Finalistas do curso de Engenharia Electrotécnica e de 
Computadores da Universidade do Porto 
 
 
 
 
 
 
 
Orientador: 
 
Armando Jorge Padilha 
 
Prof. Associado do Departamento de Engenharia Electrotécnica e de 
Computadores da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 
2 
Capitulo I - Apresentação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimentos 
 
Ao Instituto de Engenharia Biomédica da Universidade de Karlsruhe 
por todo o seu apoio e disponibilidade, em particular na pessoa do Eng. 
Ingo de Boer. 
Ao Prof. A. Jorge Padilha pela orientação e oportunidade que nos 
deu de trabalharmos numa área que sempre nos motivou. 
Ao Eng. João Tavares por toda a sua disponibilidade e pela 
disponibilização de funções por si desenvolvidas. 
Ao INEB e em particular aos Eng. Pimenta Monteiro e Eng. Miguel 
Velhote por toda a disponibilidade e apoio prestado ao longo deste 
projecto. 
Ao Dr. Lusitano pelo estabelecimento da ligação ao Instituto de 
Química Fisiológica, laboratório de radioisótopos da Faculdade de 
Medicina de Coimbra, em particular ao Prof. Adriano Rodrigues, e ao 
departamento de medicina nuclear do Hospital de S. João, em particular ao 
director de serviço Dr. Jorge Rodrigues. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
Capitulo I - Apresentação 
Índice 
 
 
Capítulo I - Apresentação 
 
 
1. Proposição 1 
1.1 Objectivos do Projecto 2 
1.2 Estrutura do Relatório 3 
 
2. Etapas do Projecto 4 
 
 
Capítulo II – Medicina Nuclear, SPECT e PET 
 
 
Introdução 7 
 
1. Medicina Nuclear 8 
 1.1 Introdução 8 
 1.2 História 8 
 1.3 Factos 9 
 1.4 Computadores em Medicina Nuclear 10 
 1.4.1 Introdução 10 
 1.4.2 Imagens Digitais 10 
 1.4.3 Aquisição de Imagem 11 
 1.4.4 Conclusão 11 
 1.5 Segurança e Controlo da Qualidade 11 
 1.6 Futuro 12 
 
2. Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) 13 
 2.1 Introdução ao SPECT 13 
 2.2 História do SPECT 14 
 2.3 Teoria e Instrumentação 15 
 2.4 Aquisição e Processamento de Imagem em SPECT 15 
2.5 Reconstrução de Imagem 17 
 2.5.1 Projecção Inversa Filtrada 17 
 2.5.2 Método dos Parâmetros Directos 18 
 2.5.3 Método dos Mínimos Quadrados com Restrição Linear 18 
 2.5.4 Reconstrução Iterativa 19 
 2.6 A Câmara Gama 19 
 2.6.1 Características da Câmara Gama 19 
 2.6.2 Controlo de Qualidade da câmara 20 
 2.7 Colimador 20 
 2.7.1 Resolução e Sensibilidade 21 
 2.7.2 Tipos de Colimadores 21 
 2.7.2.1 Converging Hole 21 
 I
Capitulo I - Apresentação 
 2.7.2.2 Convergência e divergência 21 
 2.7.2.3 Pin- Hole 22 
 2.8 Detector de Cintilação 22 
 2.9 Tubos Fotomultiplicadores 22 
 2.10 Circuitos de Posicionamento 23 
 2.11 Computador para Análise de Dados 23 
 2.12 Visualização SPECT 23 
 2.12.2 Artefactos que influenciam a visualização SPECT 23 
 2.13 Protocolos de Aquisição 25 
 2.13.1 Imagem Planar 25 
2.13.1.1 Aquisição de imagem planar dinâmica 26 
 2.13.2 Aquisição de Imagem SPECT 26 
 2.13.2.1 Aquisição de Imagem SPECT Dinâmica 26 
 2.13.3 Aquisição SPECT GATED 26 
 2.14 Aplicações SPECT 26 
 2.15 Avanços Técnicos do SPECT 28 
 2.15.1 Câmara de Compton 29 
 2.16 Conclusão 29 
 
3. Positron Emission Tomography (PET) 29 
 3.1 Introdução ao PET 29 
 3.2 Aspectos Históricos do PET 30 
 3.3 Teoria e Instrumentação 30 
 3.4 Radionuclidos 31 
 3.5 Metabolismo da glucose 31 
 3.6 Aquisição e Processamento de Imagem em PET 32 
 3.7 Funções do PET 32 
 3.8 Aplicações e Investigação Associada ao PET 32 
 
 
Capítulo III – Fundamentos Teóricos 
 
 
1. Introdução à Visão por Computador 35 
1.1 Introdução 35 
1.2 Visão por Computador 35 
1.3 Áreas Associadas à Visão por Computador 36 
1.3.1 Processamento de imagem 36 
1.3.2 Gráficos Computadorizados 36 
1.3.3 Reconhecimento de Padrões 36 
1.3.4 Inteligência Artificial 36 
1.3.5 Psicofísica 37 
1.4 Áreas de Aplicação 37 
 
2. Técnicas de Aquisição de Informação Tridimensional 37 
2.1 Introdução 37 
2.2 Técnicas Activas de Aquisição Tridimensional 38 
2.3 Técnicas Passivas de Aquisição Tridimensional 38 
 
 II
Capitulo I - Apresentação 
3. Processamento e Análise de Imagem 39 
3.1 Thresholding 39 
3.2 Filtragem de Imagem 40 
 3.2.1 Filtros de Suavização e Realce 40 
 3.2.1.1 Filtro de média 40 
 3.2.1.2 Filtro de mediana 41 
 3.2.1.3 Filtro Gaussiano 42 
 3.2.2 Filtros Derivativos 43 
 3.2.2.1 Operadores de Gradiente 43 
 3.2.2.2 Operadores Laplacianos 44 
3.3 Detecção de Orlas de Intensidade 45 
 3.3.1 Detecção de Orlas de Intensidade Canny 45 
 3.3.2 Detecção de Orlas de Intensidade Deriche 45 
 3.3.3 Operações Complementares 46 
3.4 Transformação de Hough 47 
 3.4.1 Detecção de Linhas 47 
 3.4.2 Detecção de Círculos 48 
 3.4.3 Detecção de Elipses 49 
3.5 Transformações e Coordenadas Homogéneas 50 
3.6 Modelos Deformáveis 50 
 3.6.1 Snakes 51 
 3.6.2 Balloons 52 
 
 
Capítulo IV – Sistema Desenvolvido 
 
1. Introdução ao Sistema Desenvolvido 53 
1.1 Problemática do Projecto 53 
1.2 Método 53 
1.3 Conceitos Básicos 55 
 1.3.1 Esteroscopia Passiva 55 
 1.3.2 Triangulação 55 
 1.3.3 Óptica 56 
 1.3.3.1 Equação da Lente 56 
 1.3.3.2 Resolução da Imagem 56 
 1.3.3.3 Profundidade de Campo 57 
 
2. Sistema Desenvolvido 57 
 2.1 Material Utilizado 57 
 2.1.1 Câmaras e Lentes 57 
 2.1.2 Suporte para Câmaras 58 
 2.1.3 Frame Grabber 58 
 2.1.4 PC 59 
 2.1.5 Alvo a Colocar no Paciente 59 
 2.1.6 Alvo para Calibração das Câmaras 59 
 2.1.7 Transformadores e Cabos de Ligação 59 
2.1.8 Interruptor Porta Série 60 
 2.2 Aquisição de imagens Estereoscopicas 60 
 III
Capitulo I - Apresentação 
 2.2.1 Introdução 60 
 2.2.2 Software Desenvolvido 60 
 2.2.2.1 Opções de Aquisição 60 
 2.2.2.2 Esquemas de Aquisição 62 
2.2.2.3 Configuração de Níveis de Referência 63 
 2.2.2.4 Análise do Software Desenvolvido 63 
2.3 Calibração das Câmaras 63 
 2.3.1 Introdução 63 
 2.3.2 Fundamentos Teóricos 64 
 2.3.3 Abordagem seguida no Projecto 65 
2.3.3.1 Introdução 66 
2.3.3.2 Modelo de Câmara 66 
2.3.3.3 Calibração de uma Câmara 69 
2.3.3.4 Considerações sobre o Modelo Utilizado 72 
2.3.3.5 Influência de uma Determinação Incorrecta do Centro de Imagem 72 
2.3.3.6 Determinação das Coordenadas dos Pontos de Calibração 73 
2.3.4 Software Desenvolvido 74 
2.3.4.1 Calibração de uma Câmara 74 
2.3.4.2 Determinação das Coordenadas na Memória Frame 76 
2.3.4.3 Formatação dos Pontos de Calibração 77 
2.3.4.4 Simulador de uma Câmara 78 
2.3.5 Resultados Experimentais 80 
2.3.5.1 Determinação dasCoordenadas dos Pontos de Calibração 80 
2.3.5.2 Simulação de Calibrações de Câmaras 83 
2.3.5.3 Formatação dos Pontos de calibração 85 
2.3.5.4 Calibração de Câmaras 86 
2.4 Detecção de Alvos e Obtenção de Informação 3D 86 
2.4.1 Introdução 86 
2.4.2 Detecção de Pontos Característicos 87 
 2.4.2.1 Dimensionamento do Alvo 87 
 2.4.2.2 Detecção do Alvo 89 
2.4.3 Emparelhamento de Pontos Característicos 91 
2.4.4 Obtenção de Informação Tridimensional 92 
2.4.4.1 Princípio da Triangulação Estereoscopica 92 
2.4.4.2 Implementação Desenvolvida 93 
2.4.5 Software Desenvolvido 93 
2.4.5.1 Comprovação dos Algoritmos Desenvolvidos 93 
2.4.5.2 Implementação do software 96 
2.5 Estimação e Correcção de Movimento 100 
2.5.1 Introdução 100 
2.5.2 Método Utilizado 100 
2.5.3 Software Desenvolvido 103 
2.5.3.1 Comprovação dos algoritmos desenvolvidos 103 
2.5.3.2 Implementação do Software 104 
 
 
 
 
 
 IV
Capitulo I - Apresentação 
Capítulo V – Análise de Resultados 
 
 
1. Introdução 105 
 
2. Estimação do Ângulo de Visão das Câmaras 106 
 
3. Testes Efectuados 107 
 
4. Influência dos Parâmetros de Calibração 116 
 
 
Capítulo VI – Conclusões e Trabalho Futuro 
 
 
1. Pesquisa de Informação 119 
 
2. Etapas do Projecto 119 
 
3. Abordagem Seguida 120 
 
4. Equipamento utilizado 120 
 
5. Algoritmos desenvolvidos 121 
 
 
Bibliografia_____________________________________ 
 
 
1. Publicações 123 
 
2. Internet 126 
 
 
 
 
 
 
 V
Capitulo I - Apresentação 
Capítulo I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 – Proposição 
 
 
Cada vez mais a Engenharia torna-se uma aliada poderosa da Medicina. Os sistemas de apoio à 
decisão contribuem significativamente para um melhor e mais rápido diagnóstico por parte do pessoal 
médico. Isto deve-se ao facto da capacidade de processamento e de armazenamento de informação dos 
computadores actuais ser de tal ordem elevada, que estes conseguem processar e analisar grandes 
quantidades de informação em espaços de tempo extremamente curtos. Se essa mesma informação fosse 
analisada por pessoas, além de levar um tempo de processamento e análise muito superior, levaria a que 
as conclusões fossem imprecisas e variáveis, devido a influências externas tais como cansaço, más 
condições de visualização, etc. 
Assim, no âmbito deste projecto foi desenvolvido um sistema de apoio à decisão médica através 
do processamento e análise de imagens digitais, em parceria com um exame de medicina nuclear SPECT 
planar. Este exame de medicina nuclear tem como objectivo estudar o funcionamento dos órgãos, como 
por exemplo os rins. O funcionamento do órgão é avaliado através da análise da quantidade de um 
determinado radionuclido que está presente nesse órgão durante um determinado período de tempo. Este 
tipo de exame necessita de alguns requisitos para que o diagnóstico final seja o mais preciso possível, 
sendo um desses requisitos, o paciente permanecer imóvel durante todo o período de tempo do exame 
médico. Se esse requisito não for preenchido, a capacidade de diagnóstico deteriora-se de tal forma que a 
solução geralmente usadas nestes casos é a repetição do exame. Assim a motivação para este trabalho é 
dimensionar e implementar um sistema de aquisição de imagem com duas câmaras para detectar 
movimentos do paciente de modo a efectuar a correcção desse movimento nas imagens médicas finais. 
Para a implementação torna-se assim importante obter informação tridimensional. Existem 
actualmente várias técnicas para tornar possível esta obtenção utilizando visão por computador. 
Normalmente as técnicas existentes são divididas em duas categorias: activas e passivas. O sistema a 
desenvolver será um sistema do tipo passivo. Neste caso irão ser utilizadas duas câmaras, ligadas a um 
computador (que será responsável pela aquisição das imagens digitais), com um suporte físico e alvos 
para detecção devidamente dimensionados. 
O presente trabalho enquadra-se assim numa técnica passiva de estereoscopia de obtenção de 
informação tridimensional. Quando se pretende obter informação tridimensional de uma cena, a partir de 
uma sequência de pares de imagens obtidas simultaneamente por duas câmaras, torna-se indispensável o 
prévio conhecimento do modelo da câmara utilizada. Assim, é necessário conhecer previamente o modo 
como os pontos no espaço tridimensional são transformados em pontos plano imagem da câmara, para 
cada par de imagens ao longo da sequência. Essa determinação do modelo da câmara – isto é, a 
 1
Capitulo I - Apresentação 
determinação da geometria interna e das características ópticas (parâmetros intrínsecos) e a orientação e 
posição da câmara relativamente a um certo sistema de coordenadas mundo (parâmetros extrínsecos) – é 
designada por calibração da câmara. Estes parâmetros são conseguidos através da análise da posição de 
diversos pontos ao longo de um plano de calibração propriamente dimensionado para este efeito. A 
calibração é geralmente realizada apenas uma vez e constitui a primeira fase da abordagem seguida neste 
projecto. 
Após a calibração da câmara, é então possível obter-se a sequência de pares de imagens, ou a 
sequência de imagens - dado que, a abordagem seguida teve como maior preocupação a execução de um 
sistema modular e flexível de modo a ser possível a sua utilização em diversas situações (não só 
especificamente direccionada para os exames médicos) e de diversas formas (por exemplo, ser possível a 
utilização de uma ou de duas câmaras). Em cada imagem surge a necessidade de determinar as entidades 
que irão ser consideradas, sendo estas entidades, formas geométricas colocadas num cinto. Este cinto por 
sua vez será colocado no paciente e será este o alvo que vai permitir a análise do movimento do paciente. 
 Para a detecção destas entidades, decidiu-se empregar um detector de orlas de intensidade 
(como por exemplo, os detectores de Sobel, Roberts, Laplaciano, Laplaciano do Gaussiano, Canny, 
Deriche, Shen, etc.), após o que é executado um seguimento das linhas determinadas e consequente 
determinação da forma geométrica detectada. Desta forma para o dimensionamento do alvo a colocar no 
paciente procurou-se colocar o maior número de formas diferentes geométricas, de maneira a que a 
identificação de cada uma destas entidades fosse mais eficiente facilitando o emparelhamento destas nos 
pares de imagens e consequentemente a extracção de coordenadas 3D. Assim como candidatos surgiram 
as seguintes figuras geométricas: triângulos, quadrados, rectângulos, losângulos e cruzes. Destas figuras 
existem algumas que se destacam por algumas características internas, que por si só facilitam a sua 
detecção. Como é perceptível existem muitas hipóteses para o dimensionamento deste alvo, que serão 
objecto de estudo deste relatório. 
Estando o emparelhamento das várias figuras geométricas (em pares de imagens sucessivas) 
devidamente realizado, torna-se então possível extrair as coordenadas 3D dos pontos de cada figura. 
Determinadas as coordenadas 3D destes pares de imagens é possível estimar se houve movimento do 
paciente ao comparar essas coordenadas 3D com as coordenadas 3D do par de imagens inicial. Assim os 
movimentos detectados podem ser classificados em dois grandes grupos: rotação e translação. 
Finalmente, após a classificação do movimento efectuado pelo paciente é feita a correcção das 
imagens médicas. Esta correcção é feita através de um modelo fisiológico que associa os movimentos dos 
pontos detectados das figuras geométricas com o movimento efectuado pelo órgão. Este modelo 
inicialmente vai ser um modelo simplificado, que poderá ser refinado adquirindo-semais informação 
acerca da posição relativa dos rins no corpo humano, e se se verificam e quais os tipos de movimentos 
solidários que se efectuam com o movimento do corpo humano. 
Este projecto foi realizado no INEB – Instituto de Engenharia Biomédica– no laboratório de 
Sinal de Imagem Biomédica, situado na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. 
 
1.1 Objectivos do projecto: 
 
Este projecto tem como objectivo geral a concepção e implementação de métodos de captura de 
informação posicional (3D) para alinhar imagens renais de medicina nuclear obtidas em sequência 
temporal, com vista a potenciar a capacidade de análise diagnóstica. 
Para ser atingido este objectivo, foram realizadas várias etapas, etapas estas que definiram as 
linhas mestras do que tem que ser feito para atingir o objectivo acima mencionado. Estas etapas foram: 
 
1. Pesquisa de informação relevante para o projecto, em particular no que respeita ao processo 
de obtenção de imagens de radioisótopos e aos métodos passivos de aquisição de 
informação tridimensional. 
2. Implementação do sistema de aquisição 3D, incluindo concepção de alvos e/ ou marcas 
corporais. 
3. Realização do alinhamento geométrico da sequência de imagens, a partir da estimação da 
posição e pose da zona renal. 
4. Montagem e ensaios práticos em exames clínicos reais e, se necessário, com recurso a 
fantomas. 
 
 
 2
Capitulo I - Apresentação 
1.2 Estrutura do relatório: 
 
Pretendeu-se estruturar este relatório em secções que se apresentem de forma completamente 
autónoma e independente, de maneira a permitir uma fácil leitura e compreensão deste relatório. Em 
seguida, de forma resumida, são apresentados os restantes capítulos e anexos deste relatório. 
 
��Capítulo II – Medicina Nuclear e seus Protocolos de Aquisição 
 
Neste capítulo é apresentada a recolha de informação realizada sobre a área de medicina 
nuclear e dos seus protocolos de aquisição, SPECT e PET. É feita uma pequena introdução, onde 
é referida como e quais as condições em que se fez esta recolha de informação. 
O objectivo deste capítulo é dar a conhecer esta área específica da medicina, a sua missão, 
suas condicionantes, os princípios físicos e de funcionamento dos protocolos, seus constituintes 
e suas problemáticas e também aquilo que se está a fazer para que este tipo de análise chegue 
cada vez mais a um maior número de pessoas sem que isso implique um custo económico (para 
as pessoas e para as instituições que detêm os equipamentos) incomportável. 
 
��Capítulo III – Fundamentos Teóricos 
 
Neste capítulo é abordado o tema da visão por computador, importância e riqueza de 
informação que este tipo de visão nos faculta, informação esta que permite a detecção e o 
seguimento de alvos. De uma forma geral existem várias áreas associadas à visão por 
computador tal como o processamento e análise de imagem, reconhecimento de padrões, etc. 
Serão também apresentadas as áreas de aplicação da visão por computador. 
Como área associada da visão por computador é apresentada o processamento e análise de 
imagem. Nesta secção são apresentados as ferramentas de análise e extracção de informação das 
imagens. São assim apresentados vários tipos de filtros e seus critérios de desempenho, 
transformações para detecção de formas geométricas, coordenadas homogéneas e uma 
introdução aos modelos deformáveis. O objectivo deste capítulo é fornecer as bases do 
processamento e análise de imagem, bases estas que constituem os pilares deste projecto. 
 
��Capítulo IV – Sistema Desenvolvido 
 
Neste capítulo é apresentada uma solução global para a problemática do projecto. É feita 
uma descrição detalhada do material usado e suas características. Em seguida são apresentados 
os diversos módulos que constituem a solução apresentada. Pretendeu-se que estes módulos 
fossem independentes entre si, de modo a poderem, por si só, ser acompanhadas e utilizadas 
independentemente em outros domínios da visão por computador. Os módulos a apresentar são 
os de: aquisição de imagem, calibração de câmaras, detecção e obtenção de informação 3D e 
correcção das imagens de medicina nuclear. Em cada um dos módulos é feita a apresentação do 
método utilizado, abordagem seguida no projecto e é demonstrado o software desenvolvido 
assim como alguns resultados experimentais obtidos. 
 
��Capítulo V – Análise de resultados e conclusões. 
 
Após a apresentação da abordagem global utilizada, neste capítulo são apresentados 
resultados desse processo. 
São assim apresentados resultados experimentais obtidos para a calibração das câmaras, 
aquisição simultânea, determinação das entidades a considerar em cada imagem da sequência e 
para a obtenção de informação tridimensional, assim como para a estimação e correcção do 
movimento. Na apresentação destes resultados serão feitas análises e conclusões dos resultados 
obtidos. 
Será também apresentada uma análise crítica, onde será referido aquilo que foi feito e o que 
deveria ter sido feito, o que faltou (ou não) fazer e condições a nível de equipamento e 
acessibilidades. Serão também apresentadas conclusões globais referentes a todo o projecto em 
si. 
 
 
 3
Capitulo I - Apresentação 
��Capítulo VI – Trabalho Futuro 
 
Neste capítulo serão apresentadas métodos para o desenvolvimento da solução apresentada 
assim como alternativas à solução apresentada. 
 
 Como anexos ao relatório, serão apresentados os seguintes: 
 
��Anexo A – Manual do Utilizador 
��Anexo B - Características da câmara 
��Anexo C - Características do frame grabber 
��Anexo D - Transformações geométricas em 2D e 3D 
��Anexo E - Exemplo de imagens obtidas por exame SPECT planar 
��Anexo F - Radionuclidos 
��Anexo F - Código implementado 
 
 
2 – Etapas do projecto 
 
Nesta secção serão apresentadas, em ordem cronológica, todas as etapas que simbolizam o progresso 
do projecto: 
 
12/03/2001: Início do Projecto 
 
15/03/2001: Publicação do site PD-77 Alinhamento de Imagens de Medicina Nuclear no seguinte 
URL: http://www.fe.up.pt/~nuclear, para satisfação parcial dos requisitos da 
disciplina de Projecto Seminário Trabalho Fim de Curso. 
 
22/03/2001: Conclusão da primeira fase do projecto: pesquisa de informação acerca dos 
processos de obtenção de imagens de radioisótopos e aos métodos passivos de 
aquisição de informação tridimensional. 
 
31/03/2001: Compra e montagem do material necessário à elaboração do projecto. Início do 
desenvolvimento, em paralelo, das rotinas de calibração e de aquisição 
 
6/04/2001: Implementação da rotina de simulação de calibração. 
 
 
10/04/2001: Implementação da rotina de determinação de parâmetros extrínsecos e intrínsecos do 
modelo das câmaras. 
 
16/04/2001: Implementação das rotinas de aquisição de imagens ou sequências de imagens de 
uma ou duas câmaras. 
 
20/04/2001: Implementação da rotina de detecção dos pontos de calibração. 
 
28/04/2001: Dimensionamento em paralelo dos alvos de calibração e de aquisição de coordenadas 
3D. 
 
 5/05/2001: Elaboração do relatório de progresso para satisfação parcial dos requisitos das regras 
do Projecto Seminário Trabalho Fim de Curso. 
 
10/05/2001: Correcção e optimização das rotinas de calibração e aquisição. 
 
12/05/2001: Desenvolvimento das rotinas de detecção de pontos característicos em imagens. 
 
15/05/2001: Concentração numa só aplicação de todos os módulos desenvolvidos até ao 
momento. 
 
 4
Capitulo I - Apresentação 
20/05/2001: Implementação e conclusão da rotina de detecção de pontos característicos numa 
imagem. 
 
27/05/2001: Implementação da rotina de emparelhamento de pontos característicos em pares de 
imagens. 
 
5/06/2001: Implementação da rotina de detecção e emparelhamento de pontos característicos em 
pares de imagensao longo de uma sequência de imagens. 
 
6/06/2001: Criação do laço institucional entre o INEB e o Serviço de Medicina Nuclear do 
Hospital S. João do Porto, com o objectivo de obtermos mais informações acerca dos 
exames a que no propusemos a corrigir e ter um contacto directo com o ambiente 
clínico. 
 
10/06/2001: Implementação da rotina que permite fazer a actualização dos dados de calibração a 
partir de ficheiro em disco. 
 
15/06/2001: Dimensionamento do suporte para as câmaras e desenvolvimento das rotinas para o 
cálculo de coordenadas 3D. 
 
20/06/2001: Implementação da rotina para cálculo de coordenadas 3D 
 
22/06/2001: Ida ao serviço de radiologia do Hospital Universitário de Coimbra com o intuito de 
obter exames do tipo SPECT planar em formato de imagem .bmp e .img 
 
28/06/2001: Implementação da rotina de cálculo de coordenadas 3D numa sequência de pares de 
imagem. Conclusão da 2ª fase do projecto. 
 
2/07/2001: Desenvolvimento das rotinas de estimação e correcção de movimento. 
Implementação física do sistema de duas câmaras através do suporte. 
 
10/07/2001: Inicio da elaboração do relatório. 
 
15/07/2001: Finalização das rotinas de estimação e correcção de movimento. Conclusão da 3ª 
fase. 
 
16/07/2001: Elaboração do poster de apresentação do projecto. 
 
17/07/2001: Obtenção de dados para análise e conclusões acerca da validade do projecto. 
Realização de testes laboratoriais. 
 
18/07/2001: Conclusão da 4ª fase do projecto. 
 
19/07/2001: Finalização do relatório final do projecto. 
 
De referir também que houve sempre uma actualização periódica da página do projecto, com novas 
imagens, software, vídeos, informação acerca de eventos, etc.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5
Capitulo I - Apresentação 
 
 6
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Capítulo II 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução: 
 
Neste segundo capítulo é apresentada a recolha de informação efectuada sobre os temas de 
medicina nuclear e seus protocolos de aquisição: Single Photon Emission Computed Tomography 
(SPECT) e Positron Emission Tomography (PET). A recolha de informação foi dividida em duas fases: 
1) a recolha propriamente dita da informação 2) organização da informação. 
A recolha propriamente dita da informação teve início durante o 1º semestre do 5º ano lectivo de 
2000/01, semestre esse que foi realizado por ambos os membros do grupo em Karlsruhe – Alemanha, 
prolongando-se pelo início do segundo semestre desse ano lectivo. Nesse primeiro semestre lectivo foi 
nos dada a oportunidade de realizar um projecto de investigação no IBT (Institut fur Biomedzisniche 
Technik), sobre o tema da segmentação do tórax da Visible Female, com base no dataset do Visible 
Human Project da National Library of Medicine. Desta maneira, aproveitando do facto de estarmos a 
trabalhar na mesma área do nosso projecto final de curso e das condições óptimas de acesso à informação, 
tentamos retirar o máximo de informação possível acerca da medicina nuclear e seus protocolos de 
aquisição. De salientar toda a disponibilidade das pessoas que trabalham nesse Instituto em nos tentar 
esclarecer todas as nossas dúvidas que foram surgindo durante a recolha de dados, e de nos alertar para 
as dificuldades com nos iríamos defrontar ao longo deste projecto, não só nos aspectos técnicos relativos 
ao sistema que nos proponhamos a desenvolver, mas também para as dificuldades inerentes ao trabalho 
nesta área (tais como, a falta de informação por parte dos fabricantes das máquinas de aquisição nuclear). 
Da fase de recolha de informação também faz parte uma visita à MEDICA 2000 em Dusseldorf (maior 
exposição mundial sobre equipamentos de aquisição, tratamento e diagnóstico médico). 
A segunda fase já foi realizada no segundo semestre do referido ano lectivo e consistiu na 
compilação da informação adquirida, retirando para este relatório apenas a informação que consideramos 
essencial à percepção daquilo que se faz nesta área e suas linhas mestras para o presente / futuro. De 
referir ainda que a informação que foi adquirida tanto no primeiro como no segundo semestre não se 
restringiu apenas à medicina nuclear e seus protocolos, mas também foi adquirida informação que irá ser 
exposta nos capítulos seguintes, informação essa que forma os pilares teóricos do sistema que nos 
propusemos a desenvolver. 
Assim neste capítulo irá ser feita uma breve descrição do que consiste a medicina nuclear como 
uma disciplina específica da medicina geral, seus aspectos históricos, suas preocupações, aplicações e 
futuro. Em seguida é feita uma descrição dos protocolos de aquisição existentes na medicina nuclear: 
SPECT e PET, sendo dado mais relevo ao SPECT, dado que é esse o protocolo para o qual foi 
 7
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
desenvolvido o sistema deste projecto. Desta maneira, é feita um pequeno sumário do SPECT, seus 
aspectos históricos, teoria e instrumentação inerentes ao SPECT, seus constituintes, problemas e 
artefactos existentes nos diversos exames, avanços tecnológicos e são feitas algumas conclusões. Da 
mesma maneira é feita uma pequena abordagem ao PET onde os itens expostos são semelhantes aos 
expostos no SPECT embora sem o mesmo nível de detalhe. 
É assim nosso objectivo que o leitor no final deste capítulo seja capaz de entender esta área 
específica da medicina, a sua missão, suas condicionantes, os princípios físicos e de funcionamento dos 
protocolos, seus constituintes e suas problemáticas e também aquilo que se está a fazer para que este tipo 
de análise chegue cada vez mais a um maior número de pessoas sem que isso implique um custo 
económico (para os utentes e para as instituições que detêm os equipamentos) incomportável. 
 
1 – Medicina Nuclear 
 
1.1 - Introdução à Medicina Nuclear 
 
Medicina Nuclear é uma especialidade médica que usa técnicas seguras, indolores e com custo 
eficaz tanto para processamento e análise de imagem de todo o corpo humano, assim como para o 
tratamento de doenças. O processamento e análise de imagem em Medicina Nuclear, é único no facto de 
que documenta e estrutura funções dos orgãos, em contraste com diagnósticos feitos em radiologia, 
diagnósticos estes que são baseados na anatomia dos orgãos. É uma maneira de adquirir informação 
médica, que doutra forma seria provavelmente impossível, ou então, requerendo intervenções cirúrgicas 
ou testes diagnósticos mais caros. O campo da medicina nuclear é uma mistura de muitas áreas da 
matemática e ciência, tais como a física, química, matemática, tecnologia de computadores e medicina. 
Como parte de um tratamento integral de um paciente, a medicina nuclear é usada no 
diagnóstico, gestão, tratamento e prevenção de doenças graves. Os procedimentos utilizados na análise de 
imagem em medicina nuclear frequentemente identificam anormalidades numa fase precoce no progresso 
de uma doença, muito antes do que os outros testes consigam detectá-los. Esta detecção precoce permite o 
tratamento da doença numa fase em que o prognóstico tem mais probabilidades de ter sucesso. 
Medicina nuclear usa uma pequena quantidade de material radioactivo ou rádiofarmaco para o 
diagnóstico e tratamento de doenças. Rádiofarmacos são substâncias que são atraídas para orgãos, ossos 
ou tecidos específicos. Os rádiofarmacos usados em medicina nuclear emitem raios gama que podem ser 
detectados externamente por tipos especiais de câmara: gama ou PET câmaras. Estas câmaras funcionam 
em conjunção com computadores que são usados para formar imagens que providenciam dados e 
informação acerca da área do corpo que está sujeita a exame. O físico pode então visualizar a anatomia do 
paciente a partir do resultado da câmara. O rádioisótopo tem que ter uma meia - duração de vida curta de 
modo a que não permaneça no corpo, por um período de tempo muitoprolongado. Meio-tempo de vida é 
o tempo necessário para que metade do material radioactivo presente deixe de emitir. Assim a medicina 
nuclear é essencialmente a criação mapas anatómicos de orgãos. O material radioactivo é administrado 
oralmente, intra venosamente ou inter cavitalmente. O material radioactivo é absorvido pela região doente 
e pode então destruir as células ou promover a cura dessa região. A quantidade de radiação de um 
procedimento de medicina nuclear e comparável com aquele que é recebido durante um diagnóstico raio-
X. As imagens de medicina nuclear têm mais definição e são capazes de mostrar mais partes da anatomia 
do que as máquinas de raio-x usuais. 
Físicos licenciados são as únicas pessoas autorizadas a praticar medicina nuclear. De modo a 
alguém estar certificado para tal, deverá ter um curso médico e pelo menos 1 ou mais anos de. Os físicos 
tem assim 2 anos de treino em medicina nuclear para no final fazer um exame de certificação. Uma vez 
certificado o físico será então assistido por outros físicos e farmacologistas especialmente treinados. 
Hoje em dia, medicina nuclear oferece procedimentos que são de grande ajuda para uma vasta 
área de especialidades médicas, desde pediatria ate cardiologia passando pela psiquiatria. Existem quase 
cem tipos de processamento e análise de imagem em medicina nuclear disponíveis e não existe nenhum 
sistema do corpo humano que não seja adquirido por medicina nuclear. Hipertiroidismo, cancro da 
tiróide, desequilíbrios sanguíneos, e alívio da dor de certos tipos de cancro de ossos são tratados através 
da medicina nuclear. 
 
1.2 - História da Medicina Nuclear 
 
 8
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
De acordo com Hamilton a descoberta da radioactividade artificial foi um ponto fulcral na 
medicina nuclear. A história da medicina nuclear pode ser seguida ate aos anos 1800. O primeiro marco 
surgiu quando Becquerel descobriu actividade radioactiva natural em 1896. Isto foi seguido pela 
descoberta do Rádio por Marie Cury em 1898. Um dos primeiros tipos de medicina nuclear foi o raio-x 
desenvolvido em 1890. Material radioactivo foi usado para constituir a imagem dos ossos sem técnicas 
invasoras ao corpo. O uso de radionuclidos foi outro desenvolvimento inicial da medicina nuclear. Os 
radioisótopos são pequenas quantidades de material radioactivo colocadas num corpo, sendo inicialmente 
usados com finalidade terapêutica. Mais tarde viriam a constituir-se como instrumentos para diagnósticos. 
A primeira utilização de radioisótopos num humano com finalidade de diagnóstico, foi o Pa (228) para 
estudar o tempo de circulação do sangue no corpo humano ( Colombetti 1979). 
A radioactividade artificial foi descoberta em 1934. O primeiro uso clínico foi em 1937 quando 
um material radioactivo foi usado, para tratar um paciente com leucemia na Universidade de Berkeley na 
Califórnia. O acontecimento que é considerado como sendo o marco da medicina nuclear moderna foi o 
uso de iodo radioactivo para tratar doenças da tiróide. O iodo radioactivo foi injectado no paciente e 
seguiu o trajecto normal que o iodo seguiria. Foi 
absorvido pela tiróide onde era usado tanto para fins 
terapêuticos como para obtenção de imagens. 
Durante a segunda guerra mundial, foram 
recrutados biologistas para o campo do radar. Este 
trabalho preparou-os para o desenvolvimento da 
electrónica na medicina nos anos pós guerra. No 
entanto surgiram dois problemas. A geração seguinte 
de biologistas não tiveram o benefício desses 
conhecimentos e a tecnologia avançou tão 
rapidamente que depressa ultrapassou até os 
conhecimentos da geração da guerra. 
Obviamente uma ponte sobre a lacuna entre 
conhecimento técnico e biologia era necessária. 
Assim médicos e biologistas com interesse e 
compreensão da engenharia para além de 
engenheiros electrotécnicos com interesse na biologia, transformaram-se assim nos primeiros 
bioengenheiros. Aqueles que se interessavam principalmente com medicina tornaram-se nos primeiros 
engenheiros biomédicos. 
 
2.1 - Medicina Nuclear no passado 
Em 1946 foi relatado que após um tratamento com iodo radioactivo o crescimento do cancro no 
paciente tinha completamente desaparecido. 
Na década de 1950 o uso da medicina nuclear alargou-se e na década de 60 tornou-se numa especialidade 
de estudos médicos. Nos anos 70 era utilizada para visualizar o baço, fígado, cérebro, e sistema 
gastrointestinal. Os rádiofarmacos começaram então a ser usados para o diagnóstico de doenças do 
coração nos anos 80. 
Avanços tecnológicos tinham que ser feitos de modo a acompanhar os avanços na área médica. 
Câmaras tinham que ser desenvolvidas de modo a poder detectar material radioactivo e fazer imagens da 
anatomia que sustinha o material radioactivo. O primeiro exame rectilíneo foi o engenho de Cassen. 
Um grande desenvolvimento nesta área deveu-se ao aparecimento da câmara gama. Esta foi a primeira 
câmara estacionária que conseguiu ver um órgão por inteiro. Esta evolução fez com que nos anos mais 
recentes protocolos de aquisição tais como PET, SPECT e MRI fossem desenvolvidos. Tanto o PET 
como o SPECT fornece uma visão tridimensional da região de interesse. 
Hoje em dia existem mais de 100 procedimentos de medicina nuclear e a medicina nuclear pode 
ser aplicada a qualquer órgão do corpo humano. Se os avanços na medicina nuclear continuarem a 
avançar ao ratio actual a possibilidade de novos desenvolvimentos e interminável. 
 
1.3 - Factos acerca da Medicina Nuclear 
 
��Nos EUA 10 a 12 milhões de exames de medicina nuclear são efectuados anualmente 
��Os procedimentos da medicina nuclear são dos procedimentos mais seguros, mais eficientes do 
ponto de vista de custos e únicos por si só. 
��Informação acerca da função e estrutura de qualquer órgão pode ser obtido pela medicina 
nuclear. 
 9
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
��A quantidade de radiação recebida num procedimento de analise nuclear pode ser equiparada a 
quantidade de radiação recebida num exame de raio-x. 
��Existem cerca de 2,700 físicos de medicina nuclear a tempo inteiro e 14000 técnicos em toda a 
nação (1997). 
��Existem mais de 100 exames disponíveis em medicina nuclear. 
��Os exames de medicina nuclear estão catalogados como sendo dos mais seguros teste / 
diagnóstico existentes. 
 
1.4 - Computadores na Medicina Nuclear 
 
1.4.1 - Introdução 
 
Medicina nuclear conta com os computadores para adquirir, processar, transferir informação e 
imagens. A história dos computadores na medicina nuclear e radiologia é mesmo assim bastante curta. 
Nos anos 60 e princípios da década de 1970, CT (Tomografia Computorizada) e subtracção angiográfica 
digital foram introduzidos na prática clínica pela primeira vez. A subtracção angiográfica digital usa 
computadores para digitalmente subtrair de uma angiografia padrão os efeitos de tecidos moles e ossos 
circundantes, levando assim a uma melhoria das imagens disponíveis para diagnóstico. Tomografia 
Computorizada (CT) usa os computadores para reconstruir digitalmente informação seccionada usando 
vários tipos de algoritmos de reconstrução de imagem tais como a projecção inversa filtrada. 
O pior elemento numa unidade CT era sem dúvida nessa altura o computador, mas sem ele não era 
possível executar um CT. SPECT e MRI foram desenvolvidas tecnologias alguns anos após o CT e 
também necessitam de um computador para ser possível a execução de um exame. No caso do MRI o 
computador tem um papel de maior importância, dado que controla o movimento da torre e todo o 
equipamento mecânico relacionado. No caso do SPECT, como no CT, a reconstrução da imagem tem que 
ser feita por computador. O uso de computadores em medicina nuclear tem também as suas raízes na 
física das partículas de grande energia e também na física nuclear. Estas duas disciplinas usamanálises 
estatísticas de grandes números de contagem de fotões, colectados e processados por um computador. É 
primeiramente através dessa análise e processamento que descobertas experimentais em medicina nuclear 
são feitas. O objectivo da medicina nuclear não é a descoberta de novas leis da física ou de partículas, 
mas sim a de detecção e diagnóstico de uma doença, mas como todos os outros métodos, não se baseia na 
detecção de uma grande número de fotões para atingir uma conclusão acerca do objecto em estudo. O 
problema de arquivar e transmitir essa larga quantidade de informação começou a ser resolvida na década 
de 1970. 
Tentativas anteriores de transmitir imagens médicas de um hospital para outro ou de uma clínica 
para outra para a visualização e análise foram encorajadas, mas a perda de qualidade de sinal, e em 
particular resolução, degrada severamente a qualidade de imagem final. Então em 1981 um projecto na 
Universidade de Arkansas usou a Ethernet como meio de transmitir com sucesso imagens digitais de CT e 
de Ultra-sons. Desde esse tempo muita pesquisa tem vindo a ser dedicada para o desenvolvimento do 
arquivo de imagens e sistemas de computadores ou PACS (Picture Archiving and Communications 
Systems) com a esperança de criar um departamento de radiologia digital totalmente controlado por 
computador. 
 
1.4.2 - Imagens Digitais 
 
De maneira a uma melhor compreensão dos requisitos na aquisição e transferência de imagem em 
radiologia e em particular medicina nuclear, alguma terminologia básica é necessária. Para início uma 
imagem digital é essencialmente uma disposição ou colecção de valores inteiros que representam o 
espectro de graus de cinzento ou cor que aparecem numa imagem. Num computador, uma imagem digital 
pode ser uma matriz de duas ou três dimensões constituída por valores inteiros que fazem um número 
variável de bits. Dependendo do formato e do sistema computacional usado, uma imagem representada 
por uma matriz de números num computador terá ligada a si informação na forma de um cabeçalho, 
informação esta que fornece detalhes sobre a imagem tais como: dia do exame, nome do paciente e 
número de estudo. Cada valor inteiro pertencente a matriz é chamado de pixel. A quantidade de preto, 
branco ou cor em cada pixel da matriz é representada pelo valor inteiro nesse elemento de matriz. A 
qualidade de uma imagem digital é afectada pelo tamanho da matriz usada para representar a imagem, o 
número de bits para representar cada pixel e o nível de ruído presente na imagem. 
 10
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Se a matriz da imagem é composta por apenas por poucos pixels e de grande dimensão, a 
resolução resultante será baixa. Se a matriz da imagem é composta por muitos pixels de reduzida 
dimensão, e a falta de nitidez subjacente à imagem não é muito severa, a resolução será boa. Se o 
tamanho do pixel é muito inferior a falta de nitidez da imagem subjacente, a imagem irá aparecer com 
algo parecido a borrões. O número de bits usado para representar cada pixel deverá idealmente depender 
da quantidade de ruído presente na imagem. Quanto maior for o nível de ruído na imagem inicial, menor 
será o número de bits necessários para definir a informação que esta contém. Assim as imagens digitais 
podem ser degradadas de duas maneiras: 1. poucos pixels ou 2. poucos bits usados por cada pixel. O uso 
de muitos pixels ou de muitos bits por pixel para uma dada aquisição de imagem exige um processamento 
de imagem muito mais elevado, além de maior capacidade de armazenamento e manipulação, sem que 
isso implique necessariamente uma melhoria na qualidade final da imagem. Isto significa um aumento do 
custo sem um correspondente aumento na capacidade de diagnóstico (no caso de imagens médicas). 
A maneira na qual uma imagem de medicina nuclear é adquirida e o protocolo de aquisição de 
imagem associado devem ser seleccionados cuidadosamente de maneira a maximizar a qualidade de 
imagem, conforto do paciente e maximizar o rendimento do hospital ou clínica. 
 
1.4.3 - Aquisição de Imagem 
 
Imagens de medicina nuclear podem ser adquiridas num formato digital usando, por exemplo, um 
scanner SPECT. A distribuição do radionucleido no corpo do paciente corresponde à imagem analógica. 
Uma imagem analógica é aquela que tem uma distribuição contínua da densidade representando a 
distribuição contínua de radionuclido acumulada num órgão particular. Um melhor exemplo de uma 
imagem digital será uma fotografia típica onde a distribuição contínua da densidade (preto, branco ou cor) 
representa na realidade a continuidade da densidade da luz. A contagem dos raios gama provenientes do 
corpo do paciente são digitalizados e guardados no computador na forma de uma matriz de imagem. As 
matrizes típicas usadas em aquisição de imagem SPECT são: 256x256, 128x128, 128x64, 64x64. A 
terceira dimensão corresponde ao numero de camadas transaxiais, frontais ou coronais usadas para definir 
o órgão que esta a ser pesquisado. Um exame típico SPECT tem um limite de armazenamento de 16 bits 
por pixel. 
Quando um exame SPECT tiver sido completamente executado, a informação sem tratamento 
contida na matriz de imagem é denominada de informação projectada e está pronta a ser reconstruída. O 
processo de reconstrução coloca a informação a sua forma final digital pronta a ser transmitida para outro 
computador ou sistema para posterior visualização e análise física. 
 
1.4.4 - Conclusão 
 
O tratamento de imagens médicas moderno não seria possível sem os avanços que ocorreram no 
software e hardware nos últimos 30 anos. A radiologia automatizada oferece potencialidades de grande 
poupança de custos e reduzido trabalho humano. No entanto devemos ter em mente que os computadores 
não são perfeitos e até instrumentos como digitalizadoras (de extrema importância para a terapia de 
radiação) podem ter problemas. Sem os feitos tecnológicos que se iniciaram a 100 anos no dia 8 de 
novembro de 1895 e continuando hoje em dia com a evolução do hardware, software e equipamento, a 
radiologia como uma disciplina médica não existiria. 
 
 
1.5 - Segurança e Controlo da Qualidade 
 
Os procedimentos de medicina nuclear são actualmente considerados dos mais seguros para 
diagnósticos por imagem disponíveis aos pacientes actualmente. 
É administrado aos pacientes apenas uma pequena quantidade de rádio fármaco. O procedimento 
de medicina nuclear expõe o paciente a menos radiação que um raio-x. A maioria das pessoas estão 
expostas a quantidades de radiação muito mais superiores diariamente do que pensam. Radiação do solo, 
rochas espaço e dos átomos de carbono e potássio nos seus próprios organismos perfazem 85 % da 
exposição anual de uma pessoa a radiações. Televisões a cores e detectores de fumo são alguns dos 
equipamentos do dia a dia que nos expõe a radiação. 
O resto é contribuído pelos materiais radioactivos e raio-x usados na medicina. Por isso em média 
os procedimentos da medicina nuclear contribuem como que com alguns meses de vida diária em termos 
de radiação. Os físicos são especialmente treinados de modo a administrar as dosagens apropriadas de 
 11
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
rádio fármacos para expor os pacientes apenas ao estritamente necessário protegendo-os de radiação 
desnecessária. 
 
1.6 - Futuro 
 
A área de medicina nuclear tornou-se muito diversa, sendo que se vai tornar numa das áreas de 
maior focus na medicina. Novos procedimentos e aplicações estão a ser desenvolvidas todos os dias por 
todo o mundo. 
Uma das áreas de maior avanço é a área dos rádio fármacos. Actualmente o techtenium é o 
rádiofarmaco mais usado de momento para imagem na medicina nuclear. Ate à poucos anos tinha havido 
pouco esforço para tentar arranjar novos rádiofarmacos. Os cientistas aperceberam-se agora que certos 
procedimentos obteriamresultados mais satisfatórios se usassem rádiofarmacos com meio-tempo de vida 
mais longo, como por exemplo imagens de tumores. Pensa-se que se um paciente com cancro for 
injectado com um rádioisótopo com período de vida mais longo a imagem do tumor será visualizada mais 
tempo. Isto permitiria obter uma imagem mais precisa do tumor. 
Outra área de desenvolvimento dos rádiofarmacos e a área das drogas orfãs. São drogas que são 
desenvolvidas para o tratamento de doenças raras. É estimado que 1 em cada 12 pessoas tem uma doença 
ou condição rara. estas condições raras não recebem tanta atenção por parte das empresas de investigação 
uma vez que estas se preocupam mais com as doenças dos pacientes da maior parte da população e 
ignoram os pacientes raros ou pequenos. 
A medicina cardiovascular é também 
uma área de grande crescimento mas a ênfase 
nesta área vai para a instrumentação. Novos 
sistemas de câmaras estão a ser desenvolvidas 
de modo a obter imagens do coração muito 
mais pormenorizadas e precisas. As novas 
câmaras têm várias cabeças ao contrário das 
antigas que só tinham 2 cabeças. Estas câmaras 
são usadas nos sistemas SPECT. 
Câmaras digitais estão também a ser 
desenvolvidas. Com as câmaras antigas o sinal 
captado a partir da emissão de radiação por 
parte do radio farmacêutico era um sinal 
analógico. O sinal era então convertido para um 
sinal digital por um processador na câmara. O 
uso de sinais analógicos produz alguns erros 
nas leituras que poderiam ser evitadas se usasse um sistema apenas digital. A primeira câmara totalmente 
digital foi produzida pela Summit Nuclear. Neste sistema há um conversor analógico para digital dentro 
do circuito de modo que o sinal de saída do circuito é digital. Estas câmaras permitem maior resolução 
espacial, resolução de energia e melhores capacidades de processamento. 
2.2 - Equipamento SPECT actual 
(Hospital Universitário de Coimbra) 
Com os avanços na medicina nuclear irá haver uma revolução no campo da medicina. Passar-se-
á de uma visão de ver a doença como o ataque de um agente externo ao corpo para uma visão de que a 
doença e uma disfunção de produtos genético tais como substratos e enzimas. 
Os procedimentos médicos actuais consistem na medida do conteúdo de fluídos corporais ou biópsias de 
modo a determinar o tipo de doença. Com os avanços na medicina nuclear estes procedimentos irão ser 
substituídos por procedimentos que medem a química no interior do organismo. Os radioisótopos serão 
utilizados para ver exactamente a constituição química de todo o corpo. Será dado mais importância ao 
lado molecular da medicina. A medicina nuclear permite estudar a biologia humana e a doença a um 
nível genético. O uso de rádiofarmacos para determinar o excesso ou falta de actividade química em 
determinadas regiões do corpo. Assim os médicos poderão afirmar o que está errado a nível genético no 
paciente. Ao ser capaz de apontar especificamente a disfunção genética ou desordem o médico poderá 
prescrever medicamentos que irão contrabalançar o problema e a fonte do problema. 
A nova perspectiva genética irá também criar uma nova necessidade para drogas que possam 
interagir com os genes. O campo da medicina nuclear espera abrir uma nova era no tratamento de doenças 
neuronais e de comportamento pelo estabelecimento da relação das doenças com desequilíbrios 
químicos. De modo a estes desenvolvimentos ocorrerem tem que haver desenvolvimento na área de 
detecção de radiação, processamento de dados e sistemas de visualização. 
 12
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Um novo método que está a ser desenvolvido é a detecção dos níveis de oxigénio em tecidos. Se 
uma área tem um abastecimento deficiente de oxigénio e sinal de que poderá haver problemas a nível 
vascular ou de tumores. 
Os rádiofarmacos que estão a ser usados são o iodo - 123 e o techtenium. Estes radioisótopos 
agregam-se a áreas de níveis de oxigénio baixos e podem então ser scannerizadas mostrando os tecidos 
que se encontram privados de oxigénio. Este tipo de obtenção de imagem é denominado de hypoxia. A 
hypoxia indica-nos se encontram células viáveis numa determinada área. Isto pode ser útil na 
determinação de que parte do cérebro foi afectada em pacientes que tenham sofrido um enfarte ou quanto 
do tecido muscular do coração foi afectado após um ataque cardíaco. De acordo com testes feitos em 
animais a hypoxia será extremamente útil no diagnostico e tratamento do coração, cérebro e 
extremidades. 
Também se concluiu que os rádiofarmacos tal como strontium-89 podem ser utilizadas em terapia 
radionuclida. É administrado a pacientes que tenham dores de ossos intratáveis. Os radionuclidos 
diminuem a dor sentida pelo paciente reduzindo ao mesmo tempo a quantidade de narcóticos que este 
teria que tomar. Em 20% dos pacientes e mesmo eliminada a necessidade de uso de medicação. Quando a 
dor reaparece após o tratamento geralmente não 
tem a mesma expressão que anteriormente. 
Estudos de sono estão também, a ser 
efectuados na área de medicina nuclear. Os 
medicamentos actualmente no mercado para 
perturbações a esse nível induzem sono mas já se 
provou que este sono é menos reabilitativo que o 
sono biológico normal. Um estudo feito em gatos 
descobriu que existe uma molécula no corpo 
responsável por induzir sono. Pensa-se que esta 
molécula viajara pelo fluido da espinal medula 
passando pela barreira sangue cérebro agregando-
se a receptores no cérebro. Pesquisadores de 
medicina nuclear estão a tentar etiquetar a 
molécula com carbono-11 ou nitrogenio-13. Uma 
vez a molécula etiquetada esta pode então ser 
scannerizada no cérebro para determinar quais os 
receptores no cérebro responsáveis por induzir 
sono. Esta investigação espera produzir uma droga 
que interaja com os receptores do sono no cérebro 
produzindo um sono verdadeiramente reabilitador 
tal como o sono fisiológico normal. 
2.3 - Resultado de exame SPECT 
Com todos os avanços na medicina nuclear, é possível perder de vista o mais importante aspecto 
que é a qualidade de cuidados a preços acessíveis para todos os pacientes. Alguns físicos debatem 
actualmente se todos os detalhes de procedimento dos exames e obtenção de imagem são necessários. 
Olhando para a maioria da população, a maioria dos diagnósticos pode ser feita correctamente usando um 
mínimo de procedimentos. Por exemplo alguns médicos defendem exames aos ossos para pessoas que 
tenham dores nas costas. Um scan de ossos dá uma imagem muito detalhada mas é também um 
procedimento muito caro. Um procedimento alternativo é o MRI, porque é mais barato e fornece ainda 
assim uma imagem suficientemente boa para diagnosticar problemas. 
Um estudo foi recentemente efectuado em pacientes com problemas coronários. Estes pacientes 
tinham passado por procedimentos de obtenção de imagens extensos de modo a determinar se a operação 
era necessária. Foi provado que muitos destes pacientes não necessitavam de estudos de imagem. A 
simples monitorização dos sinais vitais expressão sanguínea seriam suficientes. A medicina nuclear 
continuará a criar novas técnicas e novos procedimentos, mas o paciente e não a tecnologia terão que ser a 
principal preocupação. 
 
2 – SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) 
 
2.1 - Introdução ao Single Photon Emission Computed Tomography 
 
 13
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Emissão (3-D) tridimensional da tomografia computorizada (ECT) fornece um olhar qualitativo 
e quantitativo na distribuição de um volume de radioisótopo após a sua injecção no corpo humano. O 
ECT junto com (a 2-D) imagem planar bidimensional são as técnicas de aquisição de imagem principais, 
usadas em todos os departamentos de medicina nuclear. ECT tridimensional - um processo que envolve a 
rotação de até três câmaras foto - sensíveis (câmaras gama) emtorno de um paciente - resulta numa 
imagem 3-D da distribuição de um rádioisótopo injectado que é apontado geralmente para um órgão em 
particular, como por exemplo o coração. A imagem 3-D obtida assim é o resultado da reconstrução de 
uma série de projecções 2 D, que de seguida " empilham-se " de modo a criar a terceira dimensão. 
SPECT corresponde a Single Photon Emission Computed Tomography. Em primeiro lugar SPECT é uma 
forma de Tomografia Computorizada. Como o nome sugere, a emissão de raios gama constituem a fonte 
de informação, em vez de transmissões de raios - X tal como é utilizado em Tomografia Computorizada. 
 Ao contrário do raio X Computed Tomography (CT) ou Magnetic Resonance Imaging (MRI) o Single 
Photon Emission Computed Tomography (SPECT) permite-nos a aquisição de informação funcional 
sobre o orgão de um paciente ou o sistema específico do corpo. 
 A radiação interna é administrada por meio de um fármaco que é etiquetado como um isótopo 
radioactivo. Este rádiofarmaco, ou tracer, é injectado, ingerido, ou inalado. Estes rádiofarmacos podem 
ser por exemplo o: Technetium-99m e Thallium-201. Um rádiofarmaco é uma proteína ou uma molécula 
orgânica que tem ligado a si um rádionuclido. As proteínas e moléculas orgânicas são seleccionadas com 
base nas suas propriedades de absorção dentro do corpo humano. Por exemplo alguns rádiofarmacos são 
colectados nos músculos do coração e são utilizados para aquisição de imagem SPECT cardíaca. Outros 
são dimensionados para os pulmões e são usados para exames SPECT de perfusão. Muitos mais são 
utilizados de maneira a possibilitar a execução de exames SPECT noutras áreas do corpo. Depois o 
isótopo radioactivo deteriora-se, tendo por resultado a emissão de raios gama. Estes raios gama dão-nos 
um retracto de o que está a acontecer dentro do corpo do paciente. Assim, num modo geral, um órgão 
saudável irá absorver uma determinada quantidade de rádiofarmaco, que irá aparecer como uma área 
brilhante numa imagem SPECT. Uma absorção anormal de rádiofarmaco irá ter como consequência um 
surgimento de uma área mais clara ou mais escura do que o brilho padrão na imagem SPECT, levando à 
suspeita da presença de um estado de doença. 
Estes raios gama permitem-nos uma visão interna do corpo humano usando a ferramenta mais 
essencial na medicina nuclear, a câmara gama. A câmara gama pode ser usada no processamento latente 
planar de modo a adquirir imagens 2-D, ou em processamento latente SPECT para adquirir imagens 3-
dimensionais. A câmara gama adquire os raios gama que são emitidos de dentro do paciente, permitindo-
nos assim a reconstrução de uma imagem de onde os raios gama são emitidos. A partir desta informação 
podemos determinar como um orgão ou um sistema particular está a funcionar. 
De salientar que existem vários centros SPECT em Portugal com particular incidência nos 
grandes centros urbanos (Lisboa e Porto). Mas como cada vez mais este tipo de exames se torna mais 
acessível a todos e se revelam como exames de extrema importância, mais pontos do país também já 
possuem ou estão prestes a ter centros SPECT, tais como: Coimbra e Braga. 
 
2.2 - História do SPECT 
 
O primeiro dispositivo de ECT foi denominado de MARK IV e foi desenvolvido por Edwards e 
Kuhl. A MARK IV consistia em diversos bancos de detectores de fotões de NaI arranjados de uma forma 
rectangular em torno da cabeça do paciente. O primeiro dispositivo comercial de Single Photon-ECT 
(SPECT) era similar no desenho ao projecto MARK IV mas tinha 32 
detectores de fotões e foi chamado o Tomomatic-32. As primeiras 
aplicações do ECT resultaram em imagens que do ponto de vista do 
diagnóstico não eram usáveis, e a técnica não foi aceite de uma forma 
generalizada. É só quando os métodos evoluíram durante a introdução do 
raio-x CT por Hounsfield e Cormack no ECT da medicina nuclear, que esta 
modalidade passou a ganhar a atenção da comunidade médica que 
relacionada com análise de imagem. Os algoritmos de reconstrução 
inventados para o CT de raio-x tiveram que ser reformulados para o ECT de 
modo a ter em atenção efeitos de atenuação de fotões e de espalhamento no 
corpo humano para alem das limitações mecânicas e eléctricas dos 
detectores. Quando se conseguiu técnicas de reconstrução de imagem tais 
como o FBP (projecção inversa filtrada) produziram-se imagens de ECT que 
pela primeira vez permitiram análise qualitativa e que foram consideradas 
2.4 - Exame de MRI 
 14
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
quantitativamente válidas para uso clínico. 
Ao contrário de outras modalidades tais como MRI e raio-x, o ECT obtém imagens da função do 
organismo e não da anatomia no sentido estrito. 
Isto é devido, por exemplo, o SPECT envolve a detecção de radiação gama emitidos somente 
por átomos radioactivos, chamados radionuclidos, tais como o Techtenium -99m e Thalium-201. 
 Um rádiofarmaco é uma proteína ou molécula orgânica com um radionuclido ligado a si. As 
proteínas e moléculas orgânicas são seleccionadas baseadas no seu uso ou nas suas propriedades de 
absorção por parte do corpo humano. Por exemplo alguns rádiofarmacos acumulam - se no músculo do 
coração e são por isso usadas para fazer SPECT cardíacos. Assim no caso geral um coração, ou pulmões 
ou cérebro saudáveis irão absorver uma determinada quantidade do rádiofarmaco, que aparece como uma 
área mais clara nas imagens obtidas por SPECT. 
Hoje em dia quase todos os pacientes cardíacos recebem um ECT planar ou um SPECT como 
parte dos seus exames para detectar e avaliar o estado de desenvolvimento de uma doença coronária. Os 
exames SPECT ao fígado e cérebro são também áreas de grande utilização do SPECT. O SPECT é usado 
de uma forma rotineira para ajudar no diagnóstico e avaliação de cancros, enfartes, doenças de fígado 
para alem de outras anormalidades funcionais. 
 
2.3 - Teoria e Instrumentação 
 
Assim como num exame raio-x CT, aquisição de imagem SPECT envolve a rotação de um 
detector de fotões em volta do corpo humano de maneira a adquirir informação de diversos ângulos. 
Usando esta técnica procuramos as posições e concentrações da distribuição de radionuclidos. Por causa 
das fontes de emissão (radionuclidos injectados) se encontrarem dentro da cavidade corporal, esta tarefa 
é de maior dificuldade de execução do que para o raio-x CT, onde a posição e força da fonte de emissão 
(exterior ao corpo humano) é sempre conhecida. Isto é, no raio-x CT a atenuação é medida, não a fonte 
de transmissão. De maneira a compensar a atenuação ocorrida pela emissão de fotões pelos tracers 
injectados no corpo, o SPECT contemporâneo usa algoritmos de reconstrução de maneira a aumentar a 
resolução. 
A aquisição de imagem em SPECT é inferior a do PET por causa da sensibilidade e resolução 
alcançadas. Diferentes radionuclidos são usados em SPECT, sendo que todos eles emitem um fotão 
apenas (usualmente a volta dos 140keV), em vez de emissão de positrões (511 keV) como é usado em 
PET. Como apenas um fotão é emitido pelos radionuclidos usados em SPECT, uma lente especial 
denominada de colimador é usada para adquirir toda a informação resultante de vários ângulos a volta do 
corpo. O uso de um colimador resulta numa tremenda diminuição da eficiência de detecção quando 
comparada com PET. Para tomografias de emissão de positrões, a colimação é alcançada de uma maneira 
natural pelo facto de que um par de fotões detectados (raios gama) podem ser localizados na sua origem 
desde que sigam uma trajectória ao longo da mesma linha de produção. Em PET existem pelos menos 
500 detectores capazes de detectar um isótopo PET a qualquer momento, enquanto que em SPECT 
existem apenas 1 a 3 colimadores. Resoluções superiores requerem sensibilidade superior e a resolução 
do SPECT é muitas vezes inferior que a atingida em PET. A resolução resultante que pode ser utilizada 
(cerca de 7mm)para SPECT é inferior à resolução do PET num factor de 3 ou 4. 
Mesmo sendo a resolução resultante da aquisição de imagem em SPECT não tão boa como a 
obtida em PET, a disponibilidade de novos rádiofarmacos, particularmente para a cabeça e cérebro, e 
tendo em conta aspectos económicos (um exame SPECT custa cerca de um terço de um exame PET) e 
práticos da instrumentação SPECT faz deste método de emissao tomográfica atractiva para estudos 
clínicos. 
 
 
2.4 - Aquisição e Processamento de imagem 
 
 
O SPECT tem como base a determinação da concentração da quantidade de radionuclido num 
determinado e específico orgão em função do tempo. A introdução do rádioisótopo Tc-99m por Harper 
que emite um só fotão de raio gama de energia 140KeV, que tem como tempo de vida cerca de 12 horas 
assinalou um grande passo para o SPECT uma vez que este fotão é facilmente detectado pelas câmaras 
gama. No entanto um problema técnico de engenharia envolvendo a colimação destes raios gama, antes 
 15
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
de entrarem propriamente na câmara gama, teve que ser resolvido antes do SPECT se poder afirmar como 
uma modalidade de imagem viável. 
Sendo assim é essencial em SPECT, a colimação dos raios gama emitidos pela distribuição no 
corpo onde foram injectados os radionuclidos. Os colimadores para SPECT são tipicamente de chumbo e 
tem cerca de 4 a 5 cm de espessura e 20 a 40 cm de lado. Os colimadores contem milhares de canais 
quadrados, circulares ou hexagonais paralelos através dos quais e apenas através dos quais os raios gamas 
são permitidos passar. Tipicamente um colimador de baixa energia para o SPECT pesa cerca de 23 Kgs 
mas os modelos de energia elevada podem pesar acima de 92 Kgs. Apesar de pesados estes colimadores 
são colocados directamente por cima de um cristal muito delicado de NaI que existe em todas as câmaras 
gama. Qualquer câmara gama assim equipada com um colimador é apelidada de câmara Anger, devido ao 
nome do seu inventor. 
Os raios gama que sejam emitidos numa direcção que coincida com os canais do colimador 
passarão pelo colimador sem serem absorvidas, e interagirão com o cristal de NaI criando luz. Por detrás 
do cristal, uma rede de tubos fotomultiplicadores (sensíveis a luz) receberão a luz para processamento, e a 
partir da análise destes sinais de luz são constituídas as imagens SPECT. Dependendo do tamanho da 
câmara de Anger orgãos inteiros tais como o coração ou fígado podem ser visualizados em imagens 
SPECT. Câmaras de Anger maiores são usadas para obter imagens de todo o corpo humano, como por 
exemplo para visualização da estrutura óssea. 
Para os raios gama emitidos pelos rádiofarmacos típicos de SPECT há duas importantes 
interacções com a matéria. A primeira envolve o espalhamento dos raios gama resultante da interacção 
com as moléculas e átomos (DNA) no corpo humano. Este espalhamento é chamado como Compton 
Scattering. Alguns fotões que sofrem esta influência são deflectidos para fora da câmara Anger e perdidos 
para o processo de detecção. A segunda interacção consiste na absorção por parte de um átomo do corpo 
do fotão com a elevação do potencial energético ou até mesmo com a libertação de um electrão. Este 
processo é chamado de efeito fotoeléctrico e foi detectado por Einstein nos metais tendo recebido o 
prémio Nobel pela sua descoberta. Ambos os processos resultam em perdas ou degradação da informação 
acerca da distribuição do rádiofarmaco no corpo. O segundo processo cai no conceito geral de atenuação 
em termos de imagens médicas e é uma área de investigação activa. 
A atenuação resulta na redução do numero de fotões que chegam a câmara de Anger. A 
quantidade de atenuação sentida por cada fotão depende no caminho que este percorre no corpo e da sua 
energia. Os fotões que experimentam o espalhamento são geralmente reflectidos, perdendo muitas vezes 
energia, acabando assim por ser absorvidas ou reflectidas para fora do ângulo de recepção da câmara de 
Anger. Em qualquer um dos casos, o fotão e a informação que este transporta consigo acerca da 
distribuição do rádiofarmaco no corpo, não vai ser detectado e é assim considerado perdido devido a 
atenuação. Aos 140KeV Compton Scattering é a causa mais provável de interacção de um fotão de 
radiação gama com a água ou tecidos do corpo. Uma percentagem mais pequena de fotões é perdida 
devido a interacção fotoeléctrica. É possível, que os fotões quando sujeitos ao efeito de Compton 
Scattering serem espalhados para o ângulo de visão da câmara de Anger. Estes fotões no entanto não 
transportam informação útil acerca da distribuição do rádiofarmaco no corpo uma vez que não indicam de 
onde no corpo foram emitidos. Como resultado a detecção de fotões espalhados no SPECT levam a 
perdas de contraste na imagem bem como imagens tecnicamente imprecisas. 
A aquisição e processamento de uma imagem SPECT, quando correctamente efectuada, envolve 
compensações e ajustes de muitos parâmetros físicos e de parâmetros do sistema. Uma selecção destes 
inclui: atenuação, espalhamento, uniformidade e linearidade de resposta do detector, resolução 
geométrica espacial e sensibilidade do sistema, truncagem da imagem, shift mecânico da camera ou 
gantry, shift electrónico, eixo de rotação de calibração, ruído de imagem, espessura das fatias de imagem, 
tamanho da matriz de reconstrução e filtros, intervalos angulares e lineares de amostragem, variações 
estatísticas nas contagens de fotões detectados, mudanças no campo de visão da câmara de Anger com a 
distância à fonte e tempo morto do sistema. 
A calibração e monitorização de muitos destes parâmetros caem na designação geral de Controlo 
de Qualidade e são usualmente efectuadas por um técnico de medicina nuclear certificado ou médico 
físico. Nesta lista a colimação tem o maior efeito em termos de resolução espacial e sensibilidade do 
sistema, sendo a sensibilidade relacionada com o número de fotões por segundo que são detectados. A 
resolução e a sensibilidade do sistema são as medidas físicas mais importantes na qualidade da 
performance de um sistema SPECT. A melhoria destes parâmetros é raramente conseguida 
simultaneamente na prática apesar de ser o grande objectivo de qualquer investigador na área SPECT. 
A distribuição do radionuclido no corpo do paciente corresponde à imagem analógica (imagem 
que tem uma distribuição contínua de densidade) que representa a concentração de um radionuclido num 
 16
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
determinado orgão. A radiação gama proveniente do paciente é digitalizada e armazenada numa matriz 
ou vector de imagem. A 3ª dimensão na matriz é o número de fatias transaxiais, coronais ou sagitais 
usadas para representar o orgão. uma vez o scan SPECT terminado, a informação obtida na matriz de 
imagem e chamada de dados de projecção e esta pronto para ser reconstruído. A reconstrução coloca essa 
informação no seu formato digital final de modo a poder ser analisada pelo físico. 
 
2.5 - Reconstrução de Imagem 
 
2.5.1 - Projecção Inversa Filtrada 
 
O algoritmo mais comum usado na reconstrução tomográfica de informação clínica é o método 
da projecção inversa filtrada. Existem também outros métodos, mas estes serão discutidos na secção sobre 
métodos de reconstrução iterativos. Para a reconstrução da imagem final são necessárias cinco fases: 
projecção da informação, transformada de Fourier da informação, filtragem da informação e filtragem 
inversa. 
 
1. Projecção da informação 
 
À medida que a câmara SPECT gira em volta do paciente, cria uma série de imagens planares 
chamadas projecções. Em cada paragem, apenas fotões movendo-se perpendicularmente à face da câmara 
passam através do colimador. Como muitos desses fotões tem como origem várias zonas diferentes em 
profundidade do paciente, o resultado é uma sobreposição de todos os órgãos, sujeitosa acção do 
rádioisótopo, que se encontrem no mesmo caminho específico, da mesma maneira que uma radiografia 
raio-x é a sobreposição de todas as estruturas anatómicas de 3-D para 2-D. 
Um estudo SPECT consiste em muitas imagens planares retiradas desta forma e tendo em conta 
vários ângulos diferentes. Após a aquisição de todas as projecções, estas são sub – divididas, tirando todas 
as projecções referentes a uma parte, a uma pequena fatia do paciente. Todas as projecções referentes a 
cada fatia são ordenadas e colocadas numa imagem chamada sinograma. 
 
2. Transformada de Fourier da informação. 
 
Se a informação contida no sinograma fosse reconstruída neste ponto, artefactos iriam aparecer 
na imagem reconstruída devido a natureza da subsequente operação de projecção inversa. 
Adicionalmente, devido a natureza da radioactividade, existe um ruído inerente na informação que faz 
com que as imagens reconstruídas tendam a ter um aspecto pouco suave. De maneira a evitar estes dois 
factores é necessário fazer uma filtragem da informação. Quando se efectua a filtragem da informação, 
esta pode ser feita directamente no espaço da projecção, que significa que temos de multiplicar a 
informação por um factor de suavização (smoothing kernel). Este processo é conhecido como 
convolucão. 
A convolucão é uma tarefa muito intensiva do ponto de vista computacional e por isso é útil 
evitá-la sempre que possível. É sabido que a convolucão no domínio do tempo corresponde a uma 
multiplicação do domínio das frequências. Isto significa que qualquer filtragem feita por uma operação de 
convolucão do domínio dos tempos pode ser muito facilmente ser feita por uma multiplicação no domínio 
das frequências. Em SPECT faz-se uma transformação similar da informação projectada para o domínio 
das frequências, domínio este onde se pode fazer uma filtragem mais eficiente da informação. A 
transformada de que se faz uso para a passagem de domínio é denominada de Transformada de Fourier 
Unidimensional. 
 
3. Filtragem da informação. 
 
Uma vez que a informação tenha sido transformada para o domínio das frequências, é então 
filtrada de maneira a suavizar a acção do ruído estatístico. Existem muitos filtros diferentes disponíveis 
para efectuar esta operação e todos tem certas características diferentes. Por exemplo alguns filtros irão 
efectuar uma suavização tão forte que deixará de haver na imagem contornos afiados, e isso faz com que 
haja uma degradação na resolução da imagem final. Ha também filtros que mantém uma resolução final 
muito alta mas a suavização efectuada é muito ligeira. 
 17
Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Assim os filtros tipicamente utilizados são: filtro de Hanning, Butterworth, Cosseno passa - 
baixo, Weiner, etc... . Independentemente do filtro utilizado, o resultado final será uma imagem que é 
relativamente sem ruído e agradável a visualização. 
 
4. Transformada inversa da informação 
 
Como a informação filtrada encontra-se no domínio das frequências temos que proceder a 
transformação inversa para colocar novamente a informação no domino espacial de maneira a obter a 
informação x,y,z da distribuição espacial obtida. Este procedimento é feito da mesma maneira que foi 
feito a primeira transformada, só que a esta transformada chamamos de transformada inversa de Fourier 
unidimensional. Neste ponto a informação resultante e similar a informação do sinograma original 
excepto no aspecto que a informação final se encontra suavizada e praticamente sem ruído. 
 
5. Projecção inversa 
 
O passo mais importante na reconstrução envolve um processo conhecido como projecção 
inversa. Como a informação original foi adquirida deixando apenas que os fotões emitidos 
perpendicularmente a face da câmara entrem na câmara, a projecção inversa faz um esbatimento da 
informação binária da câmara no sinograma filtrado ao longo das mesmas linhas de onde o fotão foi 
emitido. Regiões onde as linhas de diversos ângulos da projecção inversa se intersectam representam 
áreas que contêm uma alta concentração de rádioisótopo. 
 
2.5.2 - Método dos parâmetros directos 
 
Tem sido mostrado através da aquisição de imagem planar dinâmica que o metabolismo de 
tracers no miocárdio podem ser modelizados através de uma função exponencial dual no tempo. Este 
modelo corresponde ao tracer ser levado até um particular compartimento do coração, ser metabolizado e 
expelido desse compartimento. A taxa à qual o tracer é metabolizado e expelido é modelado por essa 
função no tempo. Tem sido também sugerido que os parâmetros desta função são uma boa indicação da 
viabilidade geral do coração, isto é, se o tracer for expelido com taxas elevadas que o coração se encontra 
num estado saudável enquanto zonas não saudáveis têm taxas baixas. 
Se nós soubermos o tempo total do comportamento do coração, podemos ir um passo adiante e 
supor que regiões individuais do coração têm o mesmo comportamento funcional. Devido ao facto de que 
em SPECT, nós lidarmos com representações por pixels de objectos, é natural aplicar a nossa função 
exponencial dual a cada pixel do coração. Desta maneira a nossa função pode ser aplicada em ordem ao 
tempo a cada pixel, e assumir que cada pixel tem um comportamento específico. Para tal é necessário que 
cada pixel siga esta equação: 
 
P(T) = A.e-l*t + B.e-m*t +C 
 
É possível determinar os parâmetros através de optimização computacional. O resultado desta 
reconstrução de imagem são cinco imagens representando as cinco variáveis desconhecidas. A partir 
deste método, os pixels com rápidas taxas cinéticas, representam regiões que podem ser facilmente 
diferenciadas de regiões mais lentas. 
 
2.5.3 - Método dos mínimos quadrados com restrição linear 
 
A desvantagem primária da aproximação dos parâmetros directos é o facto que nós termos que 
assumir uma determinada forma da funcionalidade do movimento do tracer. É ainda desconhecido se 
fazer essa suposição para todas as circunstâncias é verdade e também pode não ser verdade que o tracer 
pode ser descrito por uma função exponencial dual em todos os instantes de tempo. Por estas razões é 
extremamente vantajoso desenvolver um método de reconstrução totalmente dinâmica, que não faça 
qualquer tipo de suposições acerca do comportamento do tracer. Assim uma aproximação possívelé usar o 
método dos mínimos quadrados com restrições lineares (LLS). 
A LLS aproximação não faz qualquer tipo de suposição quanto à forma funcional de alteração 
de actividade, mas supõe minimamente que a actividade de cada pixel apenas decresce no tempo. Este 
suposição é correcta no evento de que o tracer é administrado antes do exame ter lugar e que a maior 
parte do tracer está presente no orgão de interesse no início do exame. 
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Capítulo II - Medicina Nuclear, SPECT e PET 
Quando reconstruído com LLS, o resultado é uma série de imagens, cada uma delas referindo a 
distribuição espacial do tracer a um dado instante de tempo. O problema é referido como uma restrição 
linear dos mínimos quadrados porque nós assumimos que a diferença nas actividades num pixel entre 
imagens consecutivas é apenas um valor positivo. Então, isto assegura que a actividade do pixel é 
continuamente decrescente ao longo tempo. 
 
2.5.4 – Reconstrução iterativa 
 
 De maneira a incorporar informação dos data sets morfológicos para o processo de reconstrução, 
são feitas as seguintes considerações: a radioactividade continua numa região anatómica tende a ser 
homogénea (isto é, matéria cinzenta), as fronteiras entre regiões anatómicas são também fronteiras entre 
regiões, nas quais, a absorção do tracer é similar e finalmente as fronteiras de regiões anatómicas podem 
ser extraídas através de informação à priori com um método apropriado de segmentação. 
 O algoritmo da reconstrução iterativa consiste em combinar um método iterativo rápido