CNPq; CAPES / A termografia permite a visualização de valores de temperatura de um corpo por meio de imagens. Na área médica, encontra aplicações em oncologia, análise de queimaduras, doenças vasculares, doenças respiratórias, doenças de pele e como forma geral de verificação da vitalidade dos tecidos. A termografia 3D consiste de uma malha 3D com uma textura térmica projetada em sua superfície, oferecendo uma visualização mais precisa dos padrões de temperatura das estruturas anatômicas. Propõe-se, por meio do presente trabalho, um sistema capaz de combinar imagens termográficas 2D com sua malha 3D correspondente e, como resultado, entregar uma imagem termográfica 3D para aplicações médicas. Para isso foram utilizadas as técnicas de Otimização por Enxame de Partículas (PSO) e de reconstrução 3D Structure from Motion (SfM). Diferentemente de outros trabalhos na literatura, a malha 3D e as imagens térmicas não precisam ser adquiridas simultaneamente, não sendo necessário um arranjo mecânico dedicado. A malha 3D pode ter origem em um scanner 3D ou em uma imagem de ressonância magnética, por exemplo. Para avaliar os resultados, um phantom, isto é, um objeto estático de avaliação, com propriedades conhecidas, foi construído. Para tal, uma técnica inédita, utilizando placas de circuito impresso foi desenvolvida. Como resultado, comparações entre a saída do método proposto e o phantom, apresentaram um erro máximo de 3,73 mm e médio de 1,41 mm, com desvio padrão de 0,74 mm, em um phantom de 100 x 150 x 103,2 mm. / Thermography is an imaging method that allows temperature visualization of various regions of an object. In medicine, it finds applications related to oncology, burn trauma, vascular, respiratory and skin diseases, and as a general tissue vitality checking tool. 3D thermography adds tridimensional information to the conventional 2D thermography. It is made from a 3D mesh wrapped by thermal texture, enabling a more precise visualization of thermal patterns of anatomical structures. We propose a system capable of combining 2D thermal images with their corresponding 3D mesh, delivering a 3D thermogram for medical applications as a result. We used Particle Swarm Optimization (PSO) for mesh alignment and Structure from Motion (SfM) for 3D reconstruction in the present method. In contrast to most research found in the literature, the 3D mesh and the thermal images do not need to be acquired simultaneously, and a mechanical support for the thermal camera and the 3D scanner is not required. The 3D mesh may be acquired, for instance, from a 3D scanner or a magnetic resonance imaging machine. In order to evaluate the results, a phantom, that is, a static assessment object of known properties has been built. For this purpose, a novel technique using printed circuit boards has been developed. As a result, comparison between the output of the method and the phantom shows a maximum error of 3.73 mm and a mean error of 1.41 mm with 0.74 mm of standard deviation in phantom of 100 x 150 x 103.2 mm. / 5000

CAPES / Em vista do grande número de casos de câncer de mama e sua crescente taxa de incidência, novas técnicas de imagem estão sendo estudadas. No intuito de proporcionar melhores condições de visualização e detecção dessa doença, em complemento às informações obtidas por mamografia, as técnicas de imagem por contraste de fase vêm sendo investigadas. Assim, o objetivo do presente estudo, foi desenvolver um phantom de mama para aplicação em imagens por contraste de fase. Este phantom, é um cilindro com algumas inserções preenchidas por materiais equivalentes a tecidos mamários normais e patológicos, como: polimetilmetacrilato (PMMA), água, etanol, dimetilformamida e glicerol. Estes materiais foram escolhidos pela similaridade nas propriedades de atenuação e espalhamento dos tecidos mamários. Dentre as técnicas para evidenciar contraste de fase, foi utilizada a técnica de propagação. O arranjo experimental foi elaborado levando em consideração os cálculos para obtenção do contraste de fase utilizando a instrumentação para microtomografia de raios X do Instituto Lactec. Imagens radiográficas e microtomográficas foram adquiridas por transmissão e por contraste de fase e posteriormente comparadas. A comparação entre as imagens analisadas apresentaram significativas melhoras no contraste, principalmente nas bordas dos cilindros presentes no phantom. Portanto, o phantom desenvolvido neste trabalho pode ser utilizado para otimizar os parâmetros de aquisição e tratamento de imagens por contraste de fase para aplicação na detecção do câncer de mama. / Because of the large number of cases of breast cancer and its increasing incidence rate, new techniques of imaging are being studied. With the aim to provide better conditions for visualization and detection of this disease, in complement of the information obtained by mammography, the techniques of phase contrast imaging have been studied. Thus, the objective of the present study was to develop a breast phantom for application in phase contrast images. This phantom is a cylinder with some inserts filled with equivalent materials to normal and pathological breast tissues, such as: polymethylmethacrylate (PMMA), ethanol, dimethylformamide and glycerol. These materials were chosen due to the similarity in the attenuation and scattering properties of breast tissues. Among the techniques to demonstrate phase contrast, it was used the propagation technique. The experimental arrangement was elaborated taking into account the calculations to obtain the phase contrast using the instrumentation for X-ray microtomography of the Lactec Institute. Radiographic and microtomographic images were acquired by transmission and by phase contrast and then compared. The comparison between the analyzed images showed significant improvements in the contrast, mainly in the edges of the cylinders present in the phantom. Therefore, the phantom developed in this work can be used to optimize the acquisition and treatment parameters of phase contrast images for application in the detection of breast cancer.

A terapia com prótons está presente em 16 países e até 2015 tratou mais de 130 mil pacientes. No entanto, no Brasil essa terapia ainda não está presente por diversos motivos, sendo o principal o alto custo. Antes de realizar tratamentos, é necessário fazer alguns testes para verificação da entrega de energia dos feixes de prótons. Como as medidas de microdosimetria são muito caras, a principal alternativa é a realização de simulações em programas computacionais, como o GEANT4 e SRIM. O GEANT4 é um programa que permite simular geometrias complexas, enquanto que o SRIM realiza simulações mais simples e ambas trabalham com o método de Monte Carlo. Neste trabalho foram utilizadas estas duas ferramentas para realizar simulações de feixes de prótons em fantomas com três diferentes composições (água, água e tecido ósseo, tecido ósseo e cerebral). Para realizar a análise da entrega de energia dos feixes de prótons ao longo destes fantomas, tornou-se necessário criar um programa denominada “Programa de Processamento de Dados em Próton Terapia Simulada”, que proporcionou criar matrizes, além dos cálculos dos picos de Bragg para avaliação da interação. Além disso, foi analisada a homogeneidade da interação de um feixe de prótons em um detector, em que foi verificado que as simulações em GEANT4 são homogêneas, não tendo uma tendência do feixe em se localizar em uma determinada região, assim como as energias depositadas são iguais nas regiões do fantoma. Também foram avaliados os valores do alcance de profundidade dos picos de Bragg em fantomas cilíndricos com três diferentes densidades: 1,03 g/cm³, 1,53 g/cm³ e 2,03 g/cm³, sendo a primeira, a densidade fornecida pelo GEANT4 para tecido cerebral. Foi verificado que as distâncias do alcance de profundidade dos picos de Bragg são iguais nestas três diferentes densidades. / Proton therapy is present in 16 countries and by 2015 has treated more than 130,000 Patients. However, in Brazil this therapy is not yet present for several reasons, Being the main the high cost. Before performing treatments, it is necessary to do some tests to verify the energy delivery of the proton bundles. As the Microdosimetry are very expensive, the main alternative is to carry out simulations in Programs such as GEANT4 and SRIM. GEANT4 is a program that Allows you to simulate complex geometries, while SRIM performs more complex simulations. Simple and both work with the Monte Carlo method. On this work were used these twain tools to perform a proton beam simulation in phantom with three different compositions (water, bones and water, brain and bones). To perform the energy delivery analysis of the proton beams along these phantoms, has become necessary create a program denominated “Data Processing Program Proton Therapy Simulated”, which allowed to create matrices, beyond the calculations of the Bragg peaks for interaction evaluation. Besides that, it was analyzing the homogeneity of the integration of a proton beam into a detector, in which it was verified that the simulations on GEANT4 are homogeneous, not having a tendency of the beam in locating in a certain region, just as the energies deposited are equal. The value of the depth range of the Bragg peaks were also evaluated in cylindrical phantoms with three different densities: 1,03 g/cm³, 1,53g/cm³ and 2,03 g/cm³, the first being the density provided by GEANT4 for brain tissue. It has been found that the depth range distances of the Bragg peaks are the same at these three different densities.

A terapia com prótons está presente em 16 países e até 2015 tratou mais de 130 mil pacientes. No entanto, no Brasil essa terapia ainda não está presente por diversos motivos, sendo o principal o alto custo. Antes de realizar tratamentos, é necessário fazer alguns testes para verificação da entrega de energia dos feixes de prótons. Como as medidas de microdosimetria são muito caras, a principal alternativa é a realização de simulações em programas computacionais, como o GEANT4 e SRIM. O GEANT4 é um programa que permite simular geometrias complexas, enquanto que o SRIM realiza simulações mais simples e ambas trabalham com o método de Monte Carlo. Neste trabalho foram utilizadas estas duas ferramentas para realizar simulações de feixes de prótons em fantomas com três diferentes composições (água, água e tecido ósseo, tecido ósseo e cerebral). Para realizar a análise da entrega de energia dos feixes de prótons ao longo destes fantomas, tornou-se necessário criar um programa denominada “Programa de Processamento de Dados em Próton Terapia Simulada”, que proporcionou criar matrizes, além dos cálculos dos picos de Bragg para avaliação da interação. Além disso, foi analisada a homogeneidade da interação de um feixe de prótons em um detector, em que foi verificado que as simulações em GEANT4 são homogêneas, não tendo uma tendência do feixe em se localizar em uma determinada região, assim como as energias depositadas são iguais nas regiões do fantoma. Também foram avaliados os valores do alcance de profundidade dos picos de Bragg em fantomas cilíndricos com três diferentes densidades: 1,03 g/cm³, 1,53 g/cm³ e 2,03 g/cm³, sendo a primeira, a densidade fornecida pelo GEANT4 para tecido cerebral. Foi verificado que as distâncias do alcance de profundidade dos picos de Bragg são iguais nestas três diferentes densidades. / Proton therapy is present in 16 countries and by 2015 has treated more than 130,000 Patients. However, in Brazil this therapy is not yet present for several reasons, Being the main the high cost. Before performing treatments, it is necessary to do some tests to verify the energy delivery of the proton bundles. As the Microdosimetry are very expensive, the main alternative is to carry out simulations in Programs such as GEANT4 and SRIM. GEANT4 is a program that Allows you to simulate complex geometries, while SRIM performs more complex simulations. Simple and both work with the Monte Carlo method. On this work were used these twain tools to perform a proton beam simulation in phantom with three different compositions (water, bones and water, brain and bones). To perform the energy delivery analysis of the proton beams along these phantoms, has become necessary create a program denominated “Data Processing Program Proton Therapy Simulated”, which allowed to create matrices, beyond the calculations of the Bragg peaks for interaction evaluation. Besides that, it was analyzing the homogeneity of the integration of a proton beam into a detector, in which it was verified that the simulations on GEANT4 are homogeneous, not having a tendency of the beam in locating in a certain region, just as the energies deposited are equal. The value of the depth range of the Bragg peaks were also evaluated in cylindrical phantoms with three different densities: 1,03 g/cm³, 1,53g/cm³ and 2,03 g/cm³, the first being the density provided by GEANT4 for brain tissue. It has been found that the depth range distances of the Bragg peaks are the same at these three different densities.

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