Engenharia Biomédica e Física Médica

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1 Engenharia Biomédica e Física Médica Teste 1 Importante: - Indique todos os cálculos e aproximações que efectuar. - Quando achar necessário arbitrar valores ou parâmetros (p.ex. diâmetro de um transdutor, material de um ânodo de tubo de raios X, intensidade de campo magnético ), indique-os claramente. - Indique todas fontes bibliográficas que utilizar. Escolha uma das seguintes perguntas: 1) Discuta a potencial aplicabilidade do ruténio (nº atómico 44) para ânodos de tubos de raios X. 2) Discuta a potencial aplicabilidade da platina (nº atómico 78) para ânodos de tubos de raios X. 3) Discuta a potencial aplicabilidade do cobre (nº atómico 29) para ânodos de tubos de raios X. 4) Explique a razão da utilização preferencial de ânodos de molibdénio em tubos de raios X para utilização em mamografia. Faça uma comparação quantitativa com o tungsténio, tendo em conta aspectos como o perfil energético do feixe, a penetração e o beam hardening.

2 5) Apresente um modelo quantitativo que descreva o chamado heel effect (ver slide nº 26 relativo aos raios X), em particular a variação de intensidade do feixe em função da distância. 6) Explique o modo como o heel effect pode ser aproveitado no caso de estruturas com espessura não homogénea (ver slide nº 26 relativo aos raios X). Baseie-se numa estrutura anatomicamente plausível. Apoie o seu raciocínio com cálculos e (opcionalmente) com diagramas. 7) Partindo de um modelo anatómico simplificado, composto por um mínimo de 3 tipos de tecido diferentes, calcule o contraste radiográfico que se obteria num exame de raios X com um tubo com ânodo de tungsténio sujeito a uma ddp de 150 kv. (Ignore a componente contínua do espectro de emissão do tungsténio.) 8) Partindo de um modelo anatómico simplificado, composto por um mínimo de 3 tipos de tecido diferentes, calcule o contraste radiográfico que se obteria num exame de raios X com um tubo com ânodo de molibdénio sujeito a uma ddp de 150 kv. (Ignore a componente contínua do espectro de emissão do molibdénio.) 9) Partindo de um modelo anatómico simplificado, descreva quantitativamente os efeitos do fenómeno de beam hardening para um feixe de raios X originado por um tubo com ânodo de tungsténio. 10) Partindo de um modelo anatómico simplificado, descreva quantitativamente os efeitos do fenómeno de beam hardening para um feixe de raios X originado por um tubo com ânodo de molibdénio. 11) Num diagrama, represente graficamente uma estrutura composta por 3 figuras geométricas simples, com coeficientes de atenuação diferentes. Represente os perfis de atenuação que esperaria obter num exame de TAC, e esboce graficamente o procedimento de retroprojecção que lhe permitiria reconstruir a imagem. 12) Partindo de um modelo simplificado de uma estrutura anatómica (p. ex. coração), avalie quantitativamente os efeitos do artefacto de atenuação, no caso de um exame de SPECT com um composto de tecnécio-99m. 13) Nas condições do problema 9) da 2ª Série, atribua valores plausíveis aos parâmetros geométricos do colimador (t, d e l), para um exame de PET. 14) Nas condições do problema 9) da 2ª Série, atribua valores plausíveis aos parâmetros geométricos do colimador (t, d e l), para um exame de SPECT com um composto de tecnécio-99m.

3 15) Nas condições do problema 9) da 2ª Série (mas para um colimador de cobre), atribua valores plausíveis aos parâmetros geométricos do colimador (t, d e l), para um exame de PET. 16) Nas condições do problema 9) da 2ª Série (mas para um colimador de cobre), atribua valores plausíveis aos parâmetros geométricos do colimador (t, d e l), para um exame de SPECT com um composto de tecnécio-99m. 17) O tecnécio-99m é o radioisótopo mais usado no contexto da medicina nuclear, devido às suas propriedades atraentes (vida média, custo, energia de emissão). Concretize, do ponto de vista quantitativo, a afirmação anterior. Discuta vários cenários de utilização de compostos de 99m Tc numa clínica. Tenha em conta a vida média biológica. Pode recorrer ao slide nº 7 relativo a medicina nuclear (2º parte). 18) Baseando-se na pergunta 3) da 3ª série, escolha 3 valores plausíveis para a actividade de um radioisótopo usado em medicina nuclear e discuta quantitativamente os valores de tempo morto que seriam compatíveis com essa actividade. (Considere um exame de SPECT com tecnécio-99m. Use uma estrutura simples para estimar a atenuação. Considere que cada fotão que incide nos cristais de cintilação dá origem à detecção de um evento.) 19) Considere o caso de uma clínica, em Coimbra, equipada com uma máquina PET, que realiza exames com o isótopo 18 F. O isótopo é produzido em Espanha, perto de Madrid, e importado para Portugal. Descreva cenários realistas incluindo tempos de trajecto, quantidade de 18 F produzida, actividade necessária para a realização de exames clínicos, etc., e discuta a viabilidade desta solução. 20) Considere o caso de uma clínica, em Coimbra, equipada com uma máquina PET, que realiza exames com o isótopo 15 O. O isótopo é produzido em Espanha, perto de Madrid, e importado para Portugal. Descreva cenários realistas incluindo tempos de trajecto, quantidade de 15 O produzida, actividade necessária para a realização de exames clínicos, etc., e discuta a viabilidade desta solução. 21) Recentemente, surgiram notícias que sugerem uma preocupante diminuição na oferta mundial de Molibdénio-99, necessário para a produção de tecnécio-99m. Discuta, com base em cálculos, a viabilidade de uma clínica substituir integralmente o tecnécio-99m por Tálio-201. (Ignore aspectos relativos ao meio de produção do radioisótopo, assim como aspectos relativos à maior ou menor facilidade de integrar o radioisótopo em compostos químicos adequados a exames médicos.) Leia também esta notícia: 22) Recentemente, surgiram notícias que sugerem uma preocupante diminuição na oferta mundial de Molibdénio-99, necessário para a produção de tecnécio-99m. Discuta, com base em cálculos, a viabilidade de uma clínica substituir integralmente o tecnécio-99m por Iodo-131. (Ignore aspectos relativos ao meio de produção do radioisótopo, assim

4 como aspectos relativos à maior ou menor facilidade de integrar o radioisótopo em compostos químicos adequados a exames médicos.) Leia também esta notícia: 23) Na situação descrita no problema 1) da 3ª série, esboce uma avaliação quantitativa do efeito da dispersão de Compton num sistema de detecção simples (i.e., não de coincidências). Considere que a estrutura tem atenuação homogénea. 24) Considere uma estrutura anatómica composta por 3 camadas sucessivas de tecido adiposo, osso cortical e músculo. Imagine que um feixe ultrassónico incide na estrutura perpendicularmente à interface entre as camadas. Esboce o padrão de ecos que esperaria observar, e mostre como faria para determinar as distâncias entre as camadas. (Ignore os efeitos de atenuação.) 25) Considere uma estrutura anatómica composta por 3 camadas sucessivas de tecido adiposo, ar e músculo. Imagine que um feixe ultrassónico incide na estrutura perpendicularmente à interface entre as camadas. Esboce o padrão de ecos que esperaria observar, e mostre como faria para determinar as distâncias entre as camadas. (Ignore os efeitos de atenuação.) 26) Considere uma estrutura anatómica composta por 3 camadas sucessivas de tecido adiposo, osso cortical e ar. Imagine que um feixe ultrassónico incide na estrutura perpendicularmente à interface entre as camadas. Esboce o padrão de ecos que esperaria observar, e mostre como faria para determinar as distâncias entre as camadas. (Ignore os efeitos de atenuação.) 27) Considere uma camada homogénea de osso cortical. Descreva, quantitativamente, os efeitos da atenuação de um feixe ultrassónico, com um perfil de frequência homogéneo entre 3 e 5 MHz, à medida que atravessa esta estrutura. Baseie-se na tabela apresentada no slide nº 4 relativo a ultrassons, que mostra valores de β 1 (componente dependente de frequência do coeficiente de atenuação). 28) Considere uma camada homogénea de tecido hepático. Descreva, quantitativamente, os efeitos da atenuação de um feixe ultrassónico, com um perfil de frequência homogéneo entre 3 e 5 MHz, à medida que atravessa esta estrutura. Baseie-se na tabela apresentada no slide nº 4 relativo a ultrassons, que mostra valores de β 1 (componente dependente de frequência do coeficiente de atenuação). 29) Considere uma camada homogénea de tecido adiposo. Descreva, quantitativamente, os efeitos da atenuação de um feixe ultrassónico, com um perfil de frequência homogéneo entre 3 e 5 MHz, à medida que atravessa esta estrutura. Baseie-se na tabela apresentada no slide nº 4 relativo a ultrassons, que mostra valores de β 1 (componente dependente de frequência do coeficiente de atenuação).

5 30) Discuta quantitativamente o compromisso entre frequência, dimensão do transdutor, penetração e dimensões da região de Fresnel, para uma situação concreta de um exame ultrassónico. 31) Considere várias (pelo menos 3) estruturas anatómicas ou conjuntos de estruturas. Para cada uma delas, discuta quantitativamente o compromisso entre resolução axial e resolução lateral, no contexto de um exame com ultrassons. Inclua na discussão o factor Q e a dimensão do transdutor. 32) Indique o perfil de ecos que esperaria obter, num exame de ultrassons em modo A ao olho humano. Atribua valores à intensidade dos picos e aos tempos de eco. Explique o método que usaria para interpretar o perfil de ecos. 33) No slide nº 26 das aulas teóricas, relativo a ultrassons, é mostrado um exame de ecocardiografia Doppler à aorta. Atribua valores realistas a todos os parâmetros da análise (frequência, dimensão do transdutor, etc.) e calcule o desvio de frequência correspondente à velocidade máxima mostrada na imagem. 34) No slide nº 31 das aulas teóricas, relativo a ultrassons, é mostrado um exame de ecocardiografia Doppler à vasculatura do baço. Atribua valores realistas a todos os parâmetros da análise (frequência, dimensão do transdutor, etc.) e calcule o desvio de frequência correspondente à velocidade máxima mostrada na imagem. 35) Escolha uma das imagens de Ressonância Magnética do cérebro, obtidas por meio de uma sequência de eco de spin (SE, TSE ou FSE) disponíveis no site e indique valores plausíveis para os parâmetros TR e TE, tendo em conta o contraste entre tecidos mostrado pela imagem. 36) Escolha uma das imagens de Ressonância Magnética do joelho, obtidas por meio de uma sequência de eco de spin (SE, TSE ou FSE), disponíveis no site e indique valores plausíveis para os parâmetros TR e TE, tendo em conta o contraste entre tecidos mostrado pela imagem. 37) Escolha uma das imagens de Ressonância Magnética abdominais ou torácicas, obtidas por meio de uma sequência de eco de spin (SE, TSE ou FSE), disponíveis no site e indique valores plausíveis para os parâmetros TR e TE, tendo em conta o contraste entre tecidos mostrado pela imagem. 38) Suponha que está a usar uma sequência de Ressonância Magnética de eco de spin para obter imagens de uma estrutura composta por 3 estruturas anatómicas ou tecidos à sua escolha. Descreva e discuta quantitativamente as consequências de escolher valores de TE próximos de zero, muito elevados (>>T2) e intermédios (pelo menos 2 valores).

6 39) Considere uma sequência de Ressonância Magnética (eco de spin) concebida para um scanner de 1 tesla. Essa sequência seria aplicável a um scanner com um campo de 1,5 tesla? Quais as modificações que seria necessário aplicar?