Tomografia por emissão de pósitrons com FDG-18F na avaliação de pacientes com artrite reumatoide - revisão sistemática / Positron emission tomography with 18F-FDG in the evaluation of patients with rheumatoid arthritis - a systematic review

Introdução A artrite reumatoide (AR) é uma doença caracterizada pela inflamação da membrana sinovial. Diversos autores têm investigado o papel da tomografia por emissão de pósitrons (PET) com flúor-18 (FDG-18F) na AR. Objetivos Revisão sistemática da literatura atual sobre o papel do PET com FDG-18F no diagnóstico, determinação da atividade da doença e avaliação da resposta ao tratamento em pacientes com AR. Métodos Foram realizadas buscas nas bases de dados Medline, Biblioteca Cochrane, Lilacs, Pubmed e Scopus nos idiomas português, inglês e espanhol, utilizando as palavras-chave «artrite reumatoide¼, «sinovite¼, «FDG¼, «PET¼, «metabolismo glicolítico¼ e «atividade da doença¼. Resultados 142 artigos foram inicialmente identificados, dos quais apenas 40 relacionavam-se diretamente ao tema. Foram selecionados 12 artigos originais e três relatos de caso que preenchiam os critérios de inclusão. Discussão A presença de fibroblastos e macrófagos ativados no pannus é responsável pela intensa captação periarticular de FDG-18F. Os padrões de captação não permitem o diagnóstico diferencial com outras artrites. A intensidade de captação e o número de articulações envolvidas são parâmetros metabólicos de atividade da doença que apresentam boa correlação com os índices compostos. Estudos longitudinais de PET têm se mostrado úteis na avaliação da resposta ao tratamento com anti-TNF. Quando realizado precocemente, PET pode predizer a resposta terapêutica. Conclusão Embora o real papel dessa nova técnica na investigação da AR ainda não esteja estabelecido, PET com FDG-18F é uma ferramenta ...

Introduction Rheumatoid arthritis (RA) is a disease characterized by inflammation of the synovial membrane. Several authors have investigated the role of positron emission tomography (PET) with fluorine-18 fluorodeoxyglucose (18F-FDG) in RA. Objectives To systematically review the current literature on the role of 18F-FDG PET in the diagnosis, determination of disease activity and assessment of treatment response in patients with RA. Methods Searches were conducted in Medline, Cochrane Library, Lilacs, Pubmed and Scopus in Portuguese, English and Spanish languages, using the keywords «rheumatoid arthritis¼, «synovitis¼, «FDG¼, «PET¼, «glycolytic metabolism¼ and «disease activity¼. Results One hundred and forty-two articles were initially identified, of which only 40 were related directly to the subject. Twelve original articles and three case reports that met the inclusion criteria were selected. Discussion The presence of activated macrophages and fibroblasts in pannus are responsible for the intense periarticular uptake of 18F-FDG. The uptake patterns do not allow the differential diagnosis with other arthritides. The uptake intensity and the number of joints involved are metabolic parameters of disease activity that correlate well with the composite indices. Longitudinal studies of PET have proven useful in assessing the response to treatment with anti-TNF. When performed early, PET can predict the therapeutic response. Conclusion Although the actual role of this new technique for the investigation of RA is not yet established, 18F-FDG PET is a promising tool in determining the activity and prediction of response to treatment of patients with RA. .

Processamento de estruturas tridimensionais de Medicina Nuclear na modalidade PET / Processing of three-dimensional structures of Nuclear Medicine in PET modality

A Medicina Nuclear, como especialidade de obtenção de imagens médicas é um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de analisar o comportamento metabólico do paciente. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography). Para isso, foi desenvolvida uma estrutura de processamento de imagens tridimensionais PET, constituída por etapas sucessivas que se iniciam com a obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados para este fim volumes simulados do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como phantoms gerados com o software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados é introduzido ruído Poisson que é o ruído característico das imagens PET. Na sequência é executada uma etapa de pré-processamento, utilizando alguns filtros 3D tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro Anscombe/Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação, processo baseado na teoria de Conectividade Fuzzy sendo implementadas quatro diferentes abordagens 3D: Algoritmo Genérico, LIFO, kTetaFOEMS e Pesos Dinâmicos. Finalmente, um procedimento de avaliação conformado por três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) foi utilizado para mensurar o nível de eficiência e precisão do processo. Constatou-se que o par Filtro - Segmentador constituído pelo filtro Anscombe/Wiener junto com o segmentador Fuzzy baseado em Pesos Dinâmicos proporcionou os melhores resultados, com taxas de VP e FP na ordem de 98,49 ± 0,27% e 2,19 ± 0,19%, respectivamente, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado. Com o conjunto de escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerrou-se o projeto analisando um número reduzido de volumes pertencentes a um exame PET real, obtendo-se a quantificação dos volumes.

The Nuclear medicine, as a specialty to obtain medical images is very important, and it has became one of the main procedures utilized in Health Care Centers to analyze the metabolic behavior of the patient. This project was based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography). Thus, we developed a framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images of the Left Ventricular Heart, such as phantoms obtained from the NCAT-4D software. Then, Poisson quantum noise was introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images. Subsequently, the pre-processing step was executed by using specific 3D filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the Anscombe/Wiener filter. Then the segmentation process, which is based on the Fuzzy Connectedness theory, was implemented. For that purpose four different 3D approaches were implemented: Generic, LIFO, kTetaFOEMS, and Dynamic Weight algorithm. Finally, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify three parameters (True Positive, False Positive and Maximum Distance) that determined the level of efficiency and precision of our process. It was found that the pair filter - segmenter formed by the Anscombe/Wiener filter together with the Fuzzy segmenter based on Dynamic Weights provided the best results, with VP and FP rates of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively, for the simulation of the Left Ventricular volume. Along with the set of choices made during the processing structure, the project was finished with the analysis of a small number of volumes that belonged to a real PET test, thus the quantification of the volumes was obtained.

Adequação de modelo compartimental para exames de tomografia por emissão de pósitrons / Adequacy of compartmental model for positron emission tomography examinations

O presente trabalho objetiva a seleção do modelo compartimental mais adequado ao estudo da dinâmica fisiológica em exames de tomografia por emissão de pósitrons (PET). Para tanto, propõe-se utilizar o critério de informação de Akaike para a seleção do modelo, e a metodologia de equações de sensibilidade e o algoritmo de Levenberg-Marquardt para a tarefa de estimação de parâmetros característicos e, consequentemente, do erro residual da estimativa. São consideradas três estruturas compartimentais compostas, respectivamente, por dois compartimentos e duas constantes características, três compartimentos e quatro constantes características e quatro compartimentos e seis constantes características. Os dados considerados neste trabalho foram sintetizados preocupando-se em reunir as principais características de um exame de tomografia real, tais como tipo e nível de ruído e morfologia de função de excitação do sistema. Aplicando-se a metodologia proposta em três níveis de ruído (baixo, médio e alto), obteve-se concordância do melhor modelo em graus forte e considerável (com índices de Kappa iguais a 0,95, 0,93 e 0,63, respectivamente). Observou-se que, com elevado nível de ruído e modelos mais complexos (quatro compartimentos), a classificação se deteriora devido ao pequeno número de dados para a decisão. Foram desenvolvidos programas e uma interface gráfica que podem ser utilizados na investigação, elaboração, simulação, estimativa de parâmetros e identificação do modelo compartimental para apoio e análise de diagnósticos clínicos e práticas científicas.

The objective of this work is the determination of the most adequate compartmental model for the study of physiological dynamics based on positron emission tomography (PET) exams. We propose the use of Akaike’s information criterion for the optimal model selection, and Levenberg-Marquardt algorithm with sensitivity equations for the task of estimating the characteristic parameters of the differential equations describing the models. We have considered three compartmental structures represented, respectively, by two compartments and two characteristic constants, three compartments and four characteristic constants and four compartments and six characteristics constants. The data considered in this work were synthesized taking into account key features of a real tomography exam, such as type and level of noise and morphology of the input function of the system. Applying the proposed methodology with three noise levels (low, medium and high), we obtained agreement of the best model with strong and considerable degrees (with Kappa indexes equal to  0.95, 0.93 and  0.63, respectively). It was observed that, with high noise level and more complex models (four compartments), the classification is deteriorated due to lack of data for the decision. Programs have been developed and a graphical interface that can be used in research, development, simulation and parameter identification of compartmental models, supporting analysis of clinical diagnostics and scientific practices.