O estudo e a determinação das propriedades de atenuação de tecidos mamários são fundamentais para o entendimento e para a quantificação do contraste e da dose absorvida em um exame mamográfico. A proposta deste trabalho é determinar experimentalmente os coeficientes de atenuação de tecidos mamários e, posteriormente, incorporar esses resultados a um modelo teórico-analítico que possibilite o estudo da influência de diversos parâmetros no contraste de objetos e na dose em mamografia. Dentre os fatores de estudo, destacam-se as características da mama (geometria e composição), a técnica radiográfica, a combinação ânodo-filtro e o receptor de imagem. Os coeficientes de atenuação foram medidos usando geometria de feixe estreito, no intervalo de energia entre 8 e 30 keV, utilizando um difratômetro de raios-X 4-círculos P3 Nicolet-Siemens e um monocromador de Si (111). Para essas medidas foram utilizadas 63 amostras de tecidos mamários (classificadas previamente como tecidos normais, fibroadenomas e/ou diferentes tipos de carcinomas). Os coeficientes de atenuação medidos foram comparados com predições teóricas, obtidas usando a regra das misturas, e com dados experimentais previamente publicados. O modelo desenvolvido para o contraste objeto leva em conta as contribuições primária e secundária na radiação transmitida. A dose média absorvida foi estimada através de duas aproximações, que permitem predizer os limites superior e inferior, e de uma aproximação mais completa, que inclui as componentes espalhadas simples e duplas. O modelo desenvolvido neste trabalho permite a obtenção de resultados de forma simples e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação Monte Carlo, bem como definir limites de detecção de massas tumorais. / The study and determination of attenuation properties of breast tissues are fundamental to understand and quantify contrast and absorbed dose in the mammographic examination. The purpose of this work is to experimentally determine the attenuation coefficient of breast tissues, and then to include these results into a theoretical analytical model, in order to study the influence of several parameters on subject contrast and dose in mammography. Among the parameters studied, one can emphasize the breast characteristics (geometry and composition), the radiographic technique, the target-filter combination and the image receptor. The attenuation coefficients were measured using narrow beam geometry, within the energy range of 8-30 keV, using an x-ray diffractometer 4-circle P3 Nicolet-Siemens and a monocromator of Si (111). For these measurements were analyzed 63 breast tissue samples (previously classified as normal tissues, fibroadenomas and several types of carcinomas). The linear attenuation coefficients measured were compared with theoretical predictions obtained from the mixture rule, and with experimental data previously published. The developed model to the subject contrast takes into account the primary and scattered contribution of the transmitted radiation. The average absorbed dose was estimated considering two simplified approaches, which allowed to predict upper and lower limit values, and a more complete approach, which included the contribution of single and double scattered radiation. The analytical model developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those reported by others authors who had used Monte Carlo simulation, as well it allowed to define limit values for detection of tumor masses.

O conhecimento do coeficiente de atenuação linear (µ) é de extrema importância para estudos de contraste em imagens de radiodiagnóstico, dose e caracterização de materiais. Parâmetros como a densidade eletrônica (?e), o número atômico médio (Z¯), entre outros, podem ser determinados a partir do coeficiente de atenuação linear em diferentes energias. A proposta deste trabalho é determinar experimentalmente coeficientes de atenuação linear de 80 amostras de tecidos mamários (classificadas previamente como tecido adiposo, tecido glandular, fibroadenoma ou carcinomas) e, posteriormente, extrair parâmetros que possibilitem a caracterização e diferenciação desses tecidos. Os coeficientes de atenuação linear foram medidos usando geometria de feixe estreito, no intervalo de energia entre 10 e 50 keV, utilizando um tubo de raios X com anodo de tungstênio (W) e um detector dispersivo em energia de Si (SDD). Dois modelos de parametrizações foram utilizadas para extrair ?e e Z¯. As metodologias de determinação de µ e de parametrização foram validadas utilizando 8 materiais equivalentes a tecido (4 soluções e 4 sólidos). Os resultados obtidos para tecidos mamários foram comparados com predições teóricas, obtidas usando a regra das misturas, e com dados experimentais previamente publicados, apresentando diferenças máximas de até 7%. Foram também estudadas as variações de µ intra- e inter-amostras de um mesmo grupo, obtendo variações máximas de 5% e 12%, respectivamente. Foi mostrado que o coeficiente de atenuação linear consegue distinguir apenas o tecido adiposo dos demais grupos de tecidos para energia menores de 24 keV. Finalmente, foi elaborado um modelo de diagnóstico, baseados nos parâmetros ?e e Z¯. As análises estatísticas mostram que 71% das amostras foram classificadas corretamente. / The knowledge of the linear attenuation coefficient (µ) is of extreme importance for radiodiagnostic image contrast studies, dose and material characterization. Parameters as electronic density (?e), average atomic number (Z¯), among others, can be determined using the linear attenuation coefficient at different energies. The purpose of this work is to experimentally determine the linear attenuation coefficient of 80 mammary tissues samples (classified as adipose tissue, glandular tissue, fibroadenoma or carcinoma) and then extract parameters that allow the characterization and differentiation of those tissues. The linear attenuation coefficients were measured using narrow bean geometry, with an energy interval between 10 and 50 keV, using a x-ray tube with a tungsten (W) anode and a Silicon energy dispersive detector (SDD). Two parameterization models were used to extract ?e and Z¯. The methodologies of determination of µ and parameterizations were validated using 8 tissue equivalent materials (4 solutions and 4 solids). The results obtained for mammary tissues were compared with theoretical predictions, using the mixture rule, and with previously published experimental data, presenting maximum differences of 7%. Intra and between samples variations of the same group were also studied, obtaining maximum variations of 5% and 12%, respectively. The linear attenuation coefficient was able to differentiate only the adipose tissue from others tissues groups, for energies below 24 keV. At last, a diagnostic model was elaborated, based on ?e and Z¯ parameters. The statistical analysis showed that 71% of the samples were correctly classified.

As propriedades de espalhamento de raios X e atenuação de tecidos mamários normais (adiposo e fibroglandular), neoplásicos (benigno e maligno) e vários materiais tecido-equivalente (nylon, poliacetato, polimetilmetacrilato (PMMA), água, músculo-equivalente, osso-equivalente e adiposo-equivalente) foram determinados usando um sistema de raios X dispersivo em energia (SRXDE). O SRXDE consistiu de um tubo de raios X com anodo de tungstênio operando a 60kVp, um goniômetro e dois detectores: um detector de telureto de cádmio (CdTe), posicionado a 7 graus com relação ao feixe incidente usado para detectar a distribuição em energia dos fótons espalhados (numa faixa de momento transferido de 0,5nm-1 - 3,5nm-1) e um detector de silício (Silicon Drift Detector, SDD), posicionado a zero graus e usado para detectar a distribuição em energia do feixe transmitido (com amostra) ou do feixe incidente (sem amostra). A distribuição espectral foi processada para se obter o perfil de espalhamento e o coeficiente de atenuação linear de 100 amostras de tecidos mamários (59 normal, 30 maligno e 11 benigno). Este sistema foi, também, aplicado ao estudo de regiões de transição entre tecidos com diferentes composições. Os resultados encontrados neste trabalho mostram que os tecidos mamários podem ser caracterizados através de suas propriedades de atenuação e espalhamento. Perfis de espalhamento neoplásico apresentam formato do pico principal significativamente diferente na faixa de momento transferido de 0,8nm-1 - 2,0nm-1, aos tecidos normais. Especificamente, o tecido adiposo apresentou um perfil de espalhamento muito diferente (pico principal em 1,12nm-1 e LMA de 0,33nm-1) quando comparado com tecidos neoplásico maligno e benigno e normal fibroglandular (pico principal em torno de 1,54nm-1 e LMA em torno de 0,73nm-1). O coeficiente de atenuação linear observado para os tecidos maligno, benigno e fibroglandular são muito similares e mostraram diferenças menores que 8% para energias entre 10 e 35keV. Entretanto, o tecido adiposo apresentou diferenças significativas com relação aos outros tecidos em toda faixa de energia (diferenças de até 40% foram observadas). Os resultados obtidos da varredura espacial das amostras heterogêneas mostram que o sistema desenvolvido permite o estudo de regiões de transição entre tecidos com diferentes composições. Finalmente, nossos resultados foram comparados com dados experimentais previamente publicados na literatura, mostrando boa concordância dentro das incertezas estatísticas. / The X-ray scattering and attenuation properties for normal (adipose and glandular) and neoplastic (benign and malignant) breast tissues and several tissue-equivalent materials (nylon, polyacetate, polymethylmethacrylate (PMMA), water, muscle-equivalent, bone-equivalent and adipose-equivalent) were determined using an energy dispersive X-ray system (EDXS). The EDXS consisted of a tungsten anode X-ray tube operating at 60kVp, a goniometer, and two detectors: a Cadmium Telluride (CdTe) detector, positioned at 7 degrees with relation to the incident beam used for detecting the energy distribution of scattered photons (over the momentum transfer range of 0,5nm-1- 3,5nm-1) and a Silicon Drift Detector (SSD), positioned at zero degree used for detecting the energy distribution of the transmitted beam (with the sample) or the incident beam (without the sample). The spectra distributions were processed to obtaine the scattering profile and the linear attenuation coefficient of 100 samples of breast tissues (59 normal, 30 malignant and 11 benign). This system was also applied to the study of the transition regions between tissues with different composition. The results found in this work show that breast tissues may be characterized through their attenuation and scattering properties. Neoplastic scattering profiles presented format and the main peak position significantly different in the range of momentum transfer from 0,8nm-1- 2,0nm-1, to normal tissues. Specifically, adipose tissue presented a very different scattering profile (main peak at 1,12nm-1and FWHM of 0,33nm-1) when compared with malignant, benign and also normal glandular tissues (main peak around 1,54nm-1and FWHM about of 0,73nm-1). The linear attenuation coefficient observed for malignant, benign and normal glandular tissues were quite similar and showed differences smaller than 8% for energies between 10 and 35keV. However, adipose tissue presented significant differences from the others tissues type in all energy range (differences up to 40% were observed). The results of the spatial scan of heterogeneous samples show that the developed system allows the study of transition regions between tissues with different composition. Finally, our results were compared with previous experimental data showing a good agreement within the experimental uncertainties

This diploma thesis deals with ultrasound attenuation measurement methods. Variety of methods are developed and tested . Castor oil was used as reference material. Different kinds of ultrasound transducers, hydrophone and ultrasound scanner GE Vingmed SystemFive were used for measurement. Data was processed by scripts developed in matlab.

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Um material composto, formado pela mistura de muitos elementos, pode ser convenientemente descrito, a partir da forma com que a radiação interage com ele, como se fosse formado por um elemento ctício com um número atômico efetivo, Zef. Esse parâmetro não é constante com a energia, entretanto, pode ser considerado uma ferramenta útil na caracterização de tecidos biológicos, materiais tecido-equivalentes e dosímetros. Várias formas de determinação do Zef foram propostas na literatura, dentre elas, estão os métodos de atenuação que se baseiam no uso da seção de choque total (obtido a partir do coeciente de atenuação linear mássico (µ/)) e os métodos de espalhamento que se baseiam na razão entre as seções de choque diferenciais Rayleigh e Compton. Neste trabalho, buscou-se estudar métodos de obter Zef de forma experimental e teórica, por dois métodos (atenuação e espalhamento) para completar lacunas existentes na literatura. No método de atenuação, foi utilizado o (µ/) como grandeza de interação que, no conhecimento dos autores, ainda não foi utilizado. Para isso, arranjos experimentais que permitam determinar a densidade, , e o coeciente de atenuação linear, µ, foi construído. O µ (de materiais tecido-equivalentes e tecidos biológicos) foi determinado tanto para energia de 59.54 keV (fonte 241Am) com detector CdTe, quanto para faixa de energia entre 15 e 45 keV (tubo de raios X com alvo de W) com detector SDD. Um novo programa computacional para determinar o número atômico efetivo a partir do µ/ foi implementado e validado. A sensibilidade do método foi estudada de forma a determinar Zef de forma adequada. No método de espalhamento, arranjo experimental para detectar os fótons espalhados Rayleigh e Compton (utilizando fonte de 241Am e detector CdTe) foi construído, otimizado e validado. Um programa computacional para determinação de Zef através da razão Rayleigh/Compton, R/C, foi elaborado e validado . A sensibilidade do método foi estudada e analisada de forma a determinar Zef de maneira adequada. No método de atenuação, o arranjos para determinação do µ/ possibilitaram determiná-lo com diferenças menores que 6% quando comparados com a literatura e incertezas de 3.8% para 59.54 keV e até 7% na faixa de 15 à 45 keV. Também foi vericado que o método é adequado para determinar Zef para energias de até 60 keV, pois a partir deste valor, as incertezas em Zef aumentam (para mais de 10%). No método de espalhamento, o arranjo para determinação da razão Rayleigh/Compton possibilitaram obter medidas de R/C com menos de 10% de diferença com a literatura e incertezas de 7% e foi vericado ainda, que a faixa de momento transferido entre 1 Å1 e 2 Å1 é adequada para determinar Zef (incertezas menores que 3% de incerteza) / A composite material, formed by the mixture of several elements, can be conveniently described by, from the way the radiation interacts with it, as if it were formed by a factitious element with an eective atomic number (Zef). This parameter is not constant with the energy, however, can be considered as an useful tool for characterization of biological tissues, tissue-equivalent materials and dosimeters. Several ways for the determination of Zef were proposed by the literature, among them, are the attenuation methods which are based on the total cross section (derived form the mass attenuation coecient (µ/)) and the scatter methods which are based on the ratio between the Rayleigh and Compton dierential cross sections. In this work, were study ways to obtain Zef experimentally and theoretically by two methods (attenuation and scattering) to ll the gaps in the literature. In the attenuation method µ/ was used as interaction coecient which, in the authors knowledge, it hasnt been used. For this purpose, experimental arrangements to determine the density () and the linear attenuation coecient (µ) were built. The µ (of tissue-equivalent material and biological tissues) were determined both for 59.54 keV (241Am source) with a CdTe detector and for the energy rage between 15 and 45 keV (X ray tube, W target) with a SDD detector. A new computational program for determining Zef through µ/ was implemented and validated. The method sensibility was studied in the way to determine Zef properly. In the scattering method, an experimental arrangement to detect the Rayleigh and Compton scattered photons (with 241Am source and a CdTe detector) was built, optimized and validated. A computational program to determine Zef through Rayleigh to Compton ratio, R/C, was elaborated and validated. The methods sensibility was studied and analyzed to determine Zef properly. In the attenuation method, the arrangements for determining µ/ allowed to determine it with dierences smaller than 6% when compared with the literature and uncertainties of 3.8% for 59.54 keV and up to 7% in the range of 15 to 45 keV. It has also been found that the method is suitable for determining Zef for energies of up to 60 keV, because above that energy, the uncertainties in Zef increases (more than 10%). In the scattering method, the arrangement for determining R/C made it possible to obtain measurements of R/C with less than 10% dierence with the literature and uncertainties of 7% and it was veried that the momentum transfer range between 1 Å1 and 2 Å1 is suitable for determining Zef (uncertainties less than 3 % uncertainty)

O estudo da penetração da radiação solar no meio aquático foi desenvolvido em quatro partes. Na primeira delas, voltada para a atenuação da radiação solar na coluna d’água, foram discutidos fatores de interferência e suas inter-relações. Neste sentido, foi feita uma comparação da penetração da radiação solar em ecossistemas continentais naturais e artificiais, analisando as diferenças e similaridades. O estudo comparativo da atenuação da radiação solar subaquática em toda extensão de reservatórios constituiu a segunda parte deste trabalho. A comparação foi feita entre reservatórios que apresentam proximidades de localização, mas com diferenças marcantes nos usos e ocupações nas regiões em que os mesmos estão inseridos. Na terceira parte foram apresentados dois recursos de grande utilização na obtenção das respostas imediatas do ambiente aquático, do ponto de vista óptico, diante dos impactos sofridos. O primeiro recurso foi a determinação do espectrograma da radiação solar, indicando a atenuação da radiação solar subaquática na faixa fotossinteticamente ativa (400 nm - 700 nm). O outro recurso foi a obtenção do espectro de absorção da água superficial, que permitiu o estabelecimento do “Índice de Absorção Espectral da Água", I.A.E.A., que facilmente possibilita a detecção de fontes pontuais de poluição e contaminação. Como quarta e última parte foi proposto o desenvolvimento de um aparelho a partir da reconstrução do hidrofotômetro (Modelo Nº 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx. N.Y. 10 451), onde foi introduzido e adaptado o detector fotocondutivo (PIN - 250DP) em substituição às fotocélulas anteriormente danificadas. Durante o trabalho de campo, este aparelho foi testado e foi feita a comparação com os obtidos do Quanta-meter LI-COR (LI - 185A) também utilizado neste trabalho. / The study of solar radiation penetration in aquatic environment was developed in four parts. The first one, directed to solar radiation attenuation in the water column, interference factors and their inter-relations were discussed. In this sense, a penetration comparison of the solar radiation in natural and artificial continental ecosystems was carried out, analyzing differences and similarities. The second part of this work consisted of a comparative study of underwater solar radiation in the entire reservoir. The comparison was done between reservoirs that are near to one another, but with marked differences in use and occupation within the regions where they are located. In the third part, two resources of great utilization in obtaining immediate response from the aquatic environment, from an optical point of view of the impacts experienced, were presented. The first resort was the spectrogram determination of solar radiation, which indicated the underwater solar radiation attenuation in the active photosynthetic range (400 nm - 700 nm). The other resort was the superficial water absorption spectrum, which allowed establishing the “Water Spectral Absorption Index", I.A.E.A. that easily makes possible detection of accurate sources of pollution and contamination. The fourth and last part proposed to develop an apparatus from the construction of an underwater hydrophotometer (Model 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx N.Y. 10451), where the photoconductor detector was adapted and introduced (PIN - 250DP) substituting the previously damaged photocells. During field work, this apparatus was tested and comparison was performed with data obtained from Quanta-meter LI-COR (LI - 185A), also used in this work.

Um material composto, formado pela mistura de muitos elementos, pode ser convenientemente descrito, a partir da forma com que a radiação interage com ele, como se fosse formado por um elemento ctício com um número atômico efetivo, Zef. Esse parâmetro não é constante com a energia, entretanto, pode ser considerado uma ferramenta útil na caracterização de tecidos biológicos, materiais tecido-equivalentes e dosímetros. Várias formas de determinação do Zef foram propostas na literatura, dentre elas, estão os métodos de atenuação que se baseiam no uso da seção de choque total (obtido a partir do coeciente de atenuação linear mássico (µ/)) e os métodos de espalhamento que se baseiam na razão entre as seções de choque diferenciais Rayleigh e Compton. Neste trabalho, buscou-se estudar métodos de obter Zef de forma experimental e teórica, por dois métodos (atenuação e espalhamento) para completar lacunas existentes na literatura. No método de atenuação, foi utilizado o (µ/) como grandeza de interação que, no conhecimento dos autores, ainda não foi utilizado. Para isso, arranjos experimentais que permitam determinar a densidade, , e o coeciente de atenuação linear, µ, foi construído. O µ (de materiais tecido-equivalentes e tecidos biológicos) foi determinado tanto para energia de 59.54 keV (fonte 241Am) com detector CdTe, quanto para faixa de energia entre 15 e 45 keV (tubo de raios X com alvo de W) com detector SDD. Um novo programa computacional para determinar o número atômico efetivo a partir do µ/ foi implementado e validado. A sensibilidade do método foi estudada de forma a determinar Zef de forma adequada. No método de espalhamento, arranjo experimental para detectar os fótons espalhados Rayleigh e Compton (utilizando fonte de 241Am e detector CdTe) foi construído, otimizado e validado. Um programa computacional para determinação de Zef através da razão Rayleigh/Compton, R/C, foi elaborado e validado . A sensibilidade do método foi estudada e analisada de forma a determinar Zef de maneira adequada. No método de atenuação, o arranjos para determinação do µ/ possibilitaram determiná-lo com diferenças menores que 6% quando comparados com a literatura e incertezas de 3.8% para 59.54 keV e até 7% na faixa de 15 à 45 keV. Também foi vericado que o método é adequado para determinar Zef para energias de até 60 keV, pois a partir deste valor, as incertezas em Zef aumentam (para mais de 10%). No método de espalhamento, o arranjo para determinação da razão Rayleigh/Compton possibilitaram obter medidas de R/C com menos de 10% de diferença com a literatura e incertezas de 7% e foi vericado ainda, que a faixa de momento transferido entre 1 Å1 e 2 Å1 é adequada para determinar Zef (incertezas menores que 3% de incerteza) / A composite material, formed by the mixture of several elements, can be conveniently described by, from the way the radiation interacts with it, as if it were formed by a factitious element with an eective atomic number (Zef). This parameter is not constant with the energy, however, can be considered as an useful tool for characterization of biological tissues, tissue-equivalent materials and dosimeters. Several ways for the determination of Zef were proposed by the literature, among them, are the attenuation methods which are based on the total cross section (derived form the mass attenuation coecient (µ/)) and the scatter methods which are based on the ratio between the Rayleigh and Compton dierential cross sections. In this work, were study ways to obtain Zef experimentally and theoretically by two methods (attenuation and scattering) to ll the gaps in the literature. In the attenuation method µ/ was used as interaction coecient which, in the authors knowledge, it hasnt been used. For this purpose, experimental arrangements to determine the density () and the linear attenuation coecient (µ) were built. The µ (of tissue-equivalent material and biological tissues) were determined both for 59.54 keV (241Am source) with a CdTe detector and for the energy rage between 15 and 45 keV (X ray tube, W target) with a SDD detector. A new computational program for determining Zef through µ/ was implemented and validated. The method sensibility was studied in the way to determine Zef properly. In the scattering method, an experimental arrangement to detect the Rayleigh and Compton scattered photons (with 241Am source and a CdTe detector) was built, optimized and validated. A computational program to determine Zef through Rayleigh to Compton ratio, R/C, was elaborated and validated. The methods sensibility was studied and analyzed to determine Zef properly. In the attenuation method, the arrangements for determining µ/ allowed to determine it with dierences smaller than 6% when compared with the literature and uncertainties of 3.8% for 59.54 keV and up to 7% in the range of 15 to 45 keV. It has also been found that the method is suitable for determining Zef for energies of up to 60 keV, because above that energy, the uncertainties in Zef increases (more than 10%). In the scattering method, the arrangement for determining R/C made it possible to obtain measurements of R/C with less than 10% dierence with the literature and uncertainties of 7% and it was veried that the momentum transfer range between 1 Å1 and 2 Å1 is suitable for determining Zef (uncertainties less than 3 % uncertainty)

O estudo da penetração da radiação solar no meio aquático foi desenvolvido em quatro partes. Na primeira delas, voltada para a atenuação da radiação solar na coluna d’água, foram discutidos fatores de interferência e suas inter-relações. Neste sentido, foi feita uma comparação da penetração da radiação solar em ecossistemas continentais naturais e artificiais, analisando as diferenças e similaridades. O estudo comparativo da atenuação da radiação solar subaquática em toda extensão de reservatórios constituiu a segunda parte deste trabalho. A comparação foi feita entre reservatórios que apresentam proximidades de localização, mas com diferenças marcantes nos usos e ocupações nas regiões em que os mesmos estão inseridos. Na terceira parte foram apresentados dois recursos de grande utilização na obtenção das respostas imediatas do ambiente aquático, do ponto de vista óptico, diante dos impactos sofridos. O primeiro recurso foi a determinação do espectrograma da radiação solar, indicando a atenuação da radiação solar subaquática na faixa fotossinteticamente ativa (400 nm - 700 nm). O outro recurso foi a obtenção do espectro de absorção da água superficial, que permitiu o estabelecimento do “Índice de Absorção Espectral da Água”, I.A.E.A., que facilmente possibilita a detecção de fontes pontuais de poluição e contaminação. Como quarta e última parte foi proposto o desenvolvimento de um aparelho a partir da reconstrução do hidrofotômetro (Modelo Nº 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx. N.Y. 10 451), onde foi introduzido e adaptado o detector fotocondutivo (PIN - 250DP) em substituição às fotocélulas anteriormente danificadas. Durante o trabalho de campo, este aparelho foi testado e foi feita a comparação com os obtidos do Quanta-meter LI-COR (LI - 185A) também utilizado neste trabalho. / The study of solar radiation penetration in aquatic environment was developed in four parts. The first one, directed to solar radiation attenuation in the water column, interference factors and their inter-relations were discussed. In this sense, a penetration comparison of the solar radiation in natural and artificial continental ecosystems was carried out, analyzing differences and similarities. The second part of this work consisted of a comparative study of underwater solar radiation in the entire reservoir. The comparison was done between reservoirs that are near to one another, but with marked differences in use and occupation within the regions where they are located. In the third part, two resources of great utilization in obtaining immediate response from the aquatic environment, from an optical point of view of the impacts experienced, were presented. The first resort was the spectrogram determination of solar radiation, which indicated the underwater solar radiation attenuation in the active photosynthetic range (400 nm - 700 nm). The other resort was the superficial water absorption spectrum, which allowed establishing the “Water Spectral Absorption Index”, I.A.E.A. that easily makes possible detection of accurate sources of pollution and contamination. The fourth and last part proposed to develop an apparatus from the construction of an underwater hydrophotometer (Model 268 WA 310 GM MFG & Instrument Corp. Bronx N.Y. 10451), where the photoconductor detector was adapted and introduced (PIN - 250DP) substituting the previously damaged photocells. During field work, this apparatus was tested and comparison was performed with data obtained from Quanta-meter LI-COR (LI - 185A), also used in this work.

The current methodologies in body scanning diagnostic uses different simultaneous imaging modalities like Ultrasound (US), magnetic resonance imaging (MRI), single photon emission tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET). The field requires combination of different modalities for effective use in clinical diagnostics. Such incorporation of different modalities has already been achieved. For example, PET-CT hybrid scanner is designed to acquire align functional and anatomical images and recently US-MRI scanner has successfully shown to improve diagnosis of prostate cancer. The non ionizing radiation hybrid US-MRI is of great interest in health care industry. Further these US and MRI modalities uses different contrast agents like micro-sized gas bubbles (MBs) encapsulated by surfactant for US and superparamagnetic nanoparticles for MRI imaging modalities to further enables new diagnostic opportunities and therapeutic applications. Recently in our 3MiCRON project, we have developed the multimodal contrast agent that could be supported for both US and MRI. This was achieved by coating the magnetic nanoparticles to the poly vinyl alcohol (PVA) surfactant shelled MBs. The nanoparticles in the shell effect the structure can alter the MBs performance as an ultrasound contrast agent. The present thesis is conducted to examine the acoustic and mechanical properties of such multimodal contrast agents. These multimodal contrast agents were prepared by coating the surface of PVA-shelled MBs by two following strategies: (1) The superparamagnetic iron oxide (Fe3O4) nano-particles (SPIONs) were chemically anchored to the surface of poly vinyl alcohol (PVA) shelled MBs namely MBs-chem and (2) in the second strategy the SPIONs were physical entrapped into the PVA shell while formation of PVA surface on the gas bubble were named as MBs-phys. To understand the scattering efficiency and viscoelastic properties of these modified agents, we investigated the backscattering power, attenuation coefficient and phase velocity measurements. Our acoustic experimental results indicate that both the modified MBs and non-modified plain PVA-shelled ultrasound contrast agents have the same echogenic response. The investigation of mechanical properties of modified MBs revealed that the attached SPIONs on the PVA shell has reduced the stiffness of MBs-chem shell, while, the SPIONs inside the shell has increased MBs-phys stiffness. As a result, MBs-chem exhibits soft shell behavior under ultrasound exposure than both MBs-phys. Finally, the images were obtained through the MRI investigations at the department of Radiology, Karolinksa Institute, has demonstrated that both MB types have enough magnetic susceptibility that further provides good detectability in vitro and in vivo. As an outlook, the modified magnetic gas bubbles, i.e. both MBs-chem and MBs-phys can be proposed as a potential contrast agent for both US and MR imaging and can be further utilized in potential therapeutic applications. / <p>QC 20131126</p>