Física da Radiação e Imagem Médica

Conhecimentos de Física e de Matemática lecionadas em UCs prévias.

As metodologias utilizadas nas aulas teóricas são: a exposição teórica de cada conteúdo, contendo uma breve revisão histórica e bastantes exemplos de aplicação; o apelo à participação dos alunos nas aulas, expondo as suas sugestões e dúvidas, discutindo os assuntos com os colegas e com a docente e o incentivo à análise crítica e discussão de resultados de exemplos.

As aulas teórico-práticas são dedicadas à resolução de exercícios ilustrativos das matérias lecionadas, individualmente ou em pequenos grupos.

Compreensão dos princípios físicos das radiações ionizantes e sua interação com a matéria.

Adquirir conhecimentos de dosimetria e radioprotecção e sua aplicação em contexto clínico.

Conhecimento das principais modalidades de imagiologia médica, ionizante e não-ionizante, os seus princípios físicos e algorítmicos, as suas características técnicas e as suas principais aplicações e limitações. Reconhecer os tomógrafos de cada modalidade imagiológica e a sua organização interna genérica. Desenvolvimento do pensamento crítico na análise da qualidade de imagem e eficácia dos métodos de diagnóstico por imagem.

1.    Estrutura da matéria
1.1.    Constituição do átomo
1.2.    Constituição do núcleo
1.3.    Isótopos, isómeros e isóbaros
1.4.    Níveis de energia electrónicos
1.5.    Níveis de energia nucleares
2.    Decaimento nuclear
2.1.    Leis do decaimento radioactivo
2.2.    Equilíbrio secular
2.3.    Decaimento alfa
2.4.    Decaimento com emissão de protões e neutrões
2.5.    Fissão expontânea
2.6.    Decaimento Beta (mais e menos) e captura electrónica
2.7.    Decaimento Gama e conversão interna
3.    Interacção da radiação com a matéria
3.1.    Interacção de fotões com a matéria
3.1.1.    Dispersão Rayleigh
3.1.2.    Dispersão Compton
3.1.3.    Efeito fotoeléctrico
3.1.4.    Produção de pares
3.1.5.    Absorção e atenuação de um feixe de fotões
3.2.    Interacção de electrões e positrões com a matéria
3.2.1.    Dispersão inelástica
3.2.2.    Dispersão elástica
3.2.3.    Aniquilação de pares
3.3.    Interacção de partículas pesadas carregadas com a matéria
3.4.    Interacção de partículas pesadas neutras com a matéria
4.    Princípios de dosimetria
4.1.    Grandezas e unidades de medida em dosimetria da radiação
4.1.1.    Exposição
4.1.2.    Dose absorvida
4.1.3.    Factor de qualidade
4.2.    Efeito biológico da dose absorvida
4.3.    Radioprotecção: operacional, pública.
5.    Radiação em contexto médico
5.1.    Radioterapia
5.2.    Imagiologia
6.    Detectores de radiação
6.1.    Requisitos dos detectores de radiação utilizados em aplicações médicas
6.2.    Película fotográfica
6.3.    Detectores gasosos
6.4.    Detectores de cintilação e fotodetectores
6.5.    Detectores de estado sólido
6.6.    Detectores de fotoluminescência estimulada
7.    Princípios gerais da imagiologia
7.1.    Morfológica vs. Funcional
7.2.    Projectiva vs. Tomográfica
8.    Imagiologia de transmissão (Raios-X e TAC)
8.1.    Princípios físicos
8.2.    O tubo de Raios-X
8.3.    Mecanismo e características da emissão de Raios-X
8.4.    Semi-camada e energia efectiva
8.5.    Radiografia projectiva
8.6.    Detecção dos Raios-X e formação da imagem
8.6.1.    Radiografia convencional
8.6.2.    Radiografia digital
8.6.3.    Fluoroscopia
8.7.    Tomografia Axial Computerizada (TAC)
8.7.1.    Princípio da TAC
8.7.2.    Transformada de Fourier de uma imagem (2D) e principais propriedades relevantes
8.7.3.    Reconstrução por retroprojecção filtrada (FBP)
8.7.4.    O que se mede em TAC
8.7.5.    As diversas gerações da tecnologia dos tomógrafos
8.7.6.    Detectores para TAC
9.    Imagiologia de emissão (Medicina Nuclear)
9.1.    Produção de radioisótopos e radiofármacos
9.1.1.    Geradores
9.1.2.    Aceleradores
9.1.3.    Reactores
9.1.4.    Síntese de radiofármacos
9.2.    Cintigrafia
9.2.1.    A câmara gama
9.2.2.    Detecção dos fotões
9.2.3.    Colimadores
9.2.4.    Apontamento histórico: a “câmara Anger”
9.2.5.    Sistema de aquisição
9.3.    Tomografia de emissão de fotão único (SPECT)
9.3.1.    Modo de aquisição
9.3.2.    Modo de armazenamento
9.3.3.    Reconstrução de imagem
9.4.    A tomografia de emissão de positrões (PET)
9.4.1.    Geração de pares de fotões
9.4.2.    Detecção de fotões
9.4.3.    Modos de aquisição
9.4.4.    Ruído de fundo
9.4.5.    Tomógrafos
9.4.6.    Ruído de contagem
9.4.7.    Comportamento da reconstrução FBP com ruído de contagem
9.4.8.    Algoritmo iterativo MLEM
10.    Imagiologia de ultrasons)
10.1.    Princípios básicos
10.2.    Transdutores
10.3.    Modos de apresentação
10.4.    Factores que afectam a relação sinal¬ ruído
10.5.    Factores que afectam a resolução espacial
10.6.    Eco¬Doppler
10.7.    Agentes contrastantes
11.    Imagiologia por Ressonância Magnética (IRM)
11.1.    Princípios físicos
11.2.    Princípios imagiológicos
11.3.    Tomógrafos
11.4.    Sequências de aquisição
11.5.    Agentes de contraste

NAO

LIMA, J. J. Pedroso de (2008). Física em medicina nuclear : temas e aplicações. Coimbra : Imprensa da Universidade de Coimbra
Disponível em: http://www.uc.pt/imprensa_uc/catalogo/investigacao/CAP_1.pdf
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WEBB, Andrew R. (2003). Introduction to biomedical imaging. Hoboken : Wiley-Interscience
12-2-1 (ISEC) – 14240

ENDERLE, John D., BLANCHARD, Susan M., BRONZINO, Joseph D., (2005). Introduction to biomedical engineering (2nd ed). Amsterdam [etc.] : Elsevier
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Disponível em: http://files.isec.pt/DOCUMENTOS/SERVICOS/BIBLIO/Sumarios_Monografias/Simulation-study_Sousa.pdf
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