A dose glandular média é a grandeza utilizada para dosimetria em mamografia. Esta grandeza apresenta grande dependência com propriedades específicas referentes ao tipo de mama a ser avaliada, tais como sua glandularidade e espessura comprimida. Depende também das propriedades do espectro de raios X, tais como a combinação anodo/filtro e a tensão aplicada ao tubo, que modificam a camada semirredutora do feixe. A caracterização do feixe de raios X através da medição direta do seu espectro é um procedimento de alta complexidade e de difícil execução em sistemas de mamografia, devido à arquitetura dos equipamentos e da alta taxa de fluência de fótons característica dos feixes. Estes espectros representam a fonte de informações quantitativas e qualitativas mais completa do feixe. O objetivo geral desse trabalho é estimar distribuições de dose glandular em diferentes profundidades de materiais simuladores de tecido mamário por meio de espectros de raios X medidos em mamógrafos. Para isso, foram utilizadas técnicas radiográficas comumente empregadas na mamografia para o rastreamento do câncer de mama. Foi avaliado o comportamento da dose glandular média normalizada pelo kerma no ar incidente (DgNp) com parâmetros relacionados à mama (glandularidade e espessura) e aos espectros (camada semirredutora, tensão, combinação alvo/filtro). Primeiramente, foi desenvolvida uma metodologia experimental para medição dos espectros de raios X nos mamógrafos. Em seguida, foram propostos os seguintes métodos de cálculo da DgNp utilizando esses espectros: Método I, que calcula a DgNp com espectros incidentes; Método II, que utiliza espectros incidentes e transmitidos para este cálculo e Método III, que usa espectros incidentes e transmitidos para estimar a distribuição de dose em profundidade. Por fim, para efeito de comparação, a distribuição da DgNp também foi estimada utilizando dosímetros termoluminescentes (TLDs). A metodologia desenvolvida para medição de espectros mostrou-se eficaz para posicionamento e alinhamento adequados do detector no feixe e consequentemente a medição dos espectros diretos. Os espectros incidentes experimentais mostraram boa concordância com espectros simulados. Os resultados mostraram uma distribuição bem-comportada desses coeficientes (DgNp), com tendência linear ou exponencial, com relação aos parâmetros analisados. Para um dado espectro, os valores de DgNp apresentaram decrescimento exponencial com a espessura do material simulador ao tecido mamário e dependencia linear com a glandularidade. Além disso, esses coeficientes crescem linearmente com o aumento da camada semirredutora e, consequentemente, com a energia efetiva. A partir das distribuições de DgNp (obtidas pelo Método III) foi possível estimar a dose no volume completo da mama com diferença máxima de 5,2% dos valores obtidos com o Método II. A variação da DgNp com a profundidade obtidas com TLDs mostrou-se bastante coerente com os resultados observados com a utilização do Método III. Conclui-se que é possível avaliar a dose glandular em mamografia utilizando espectros de raios X e que a metodologia proposta tem potencial para ser aplicada como procedimentos alternativos para dosimetria em mamografia. / The mean glandular dose is the quantity used for dosimetry in mammography. This quantity has a strong dependence with some properties of the evaluated breast, such as its glandularity and compressed thickness. It also depends on the X-ray spectrum used for the mammographic image production, such as the target/filter combination and the tube voltage, which are related to the half value layer (HVL) of the beam. The X-ray beam characterization by means of the direct measurement of its spectrum is a complex procedure, and it is difficult to be implemented in clinical systems due to the architecture of the mammography equipment and the high photon fluence rates. These spectra provide a complete qualitative and quantitative information of the X-ray beam. The general objective of this work is to estimate mean glandular dose distributions in different depths of breast tissue-equivalent materials (bTEM) considering the X-ray spectra measured in clinical mammography devices. Radiographic techniques commonly applied for breast cancer screening were used. The behavior of the mean glandular dose normalized to the incident air kerma (DgNp), with parameters related to the breast (glandularity and compressed thickness) and to the mammographic spectra (HVL, tube voltage, target/filter combination), was evaluated. First, an experimental methodology was developed to measure X-ray spectra in clinical mammography devices. Then, the following methods for calculating the DgNp using these spectra were considered: Method I, which calculates the DgNp using the incident spectra; Method II, which uses incident and transmitted spectra by the bTEMs, and Method III, which uses incident and transmitted spectra to estimate the dose distributions in depth of the breast equivalent materials. Finally, thermoluminescent dosimeters (TLDs) were used as a comparative method to evaluate DgNp distributions. The methodology developed for measuring spectra proved to be efficient for the proper positioning and alignment of the detector and, consequently, for the measurement of direct X-ray spectra. The experimental incident spectra showed good agreement with spectra simulated in similar conditions. The results showed well-defined trends (either linear or exponential) of the distributions of these coefficients (DgNp) regarding the analyzed parameters. The DgNp values presented an exponential decay with the bTEM thickness and linear decrease with the glandularity. In addition, these coefficients increase linearly with the increase of the HVL and, consequently, with the increase of the effective energy. From the distributions of DgNp (obtained by Method III) it was possible to estimate the DgNp in the whole breast with a maximum difference of 5.2% from the values obtained using the Method II. The variation of the DgNp with the depth, obtained with TLDs, showed to be consistent with the results observed using the Method III. In conclusion, it is possible to evaluate the glandular dose in mammography examinations using X-ray spectra and the suggested methodology, with some adaptations, can be applied as an alternative procedure for dosimetry in mammography.

Este trabalho apresenta um método computacional que classifica as mamografias no padrão de densidade BI-RADS, visando auxiliar a detecção precoce do câncer de mama, seja essa realizada por análise visual ou por auxílio computadorizado. A classificação das mamografias em bancos padronizados objetiva eliminar conflitos entre laudos mamográficos de diferentes profissionais, bem como quanto à conduta médica a ser seguida. Entretanto, o estabelecimento de bancos feito visualmente e principalmente em períodos diferentes dificulta sua uniformização, proporcionando uma classificação muito subjetiva e relativamente grosseira em conseqüência a grande variação entre e inter observadores. O método desenvolvido permitiu classificar as imagens independentemente da subjetividade própria à observação visual de quem organizou o banco ou da técnica de exposição aos raios X utilizada. Os resultados foram superiores a 92% mesmo para bancos de imagens totalmente diferentes. Esses resultados foram obtidos respeitando-se as possíveis diferenças de interpretações de diversas equipes médicas. Além do estabelecimento de banco de mamografias com limiares entre as composições bem quantificadas, com esta ferramenta, tanto os estagiários poderão ser treinados para classificar as imagens no padrão de densidades do BI-RADS, respeitando as particularidades locais, quanto os resultados dos CAD poderão ser comparados. / This thesis presents a computational method that classifies the mammography into the composition of the breast tissue density patterns described in the BI-RADS protocol, intended to help in the early detection of breast cancer, either if this detection happens to be realized by visual analysis or by computerized support. The classification of the mammography in standardized database intends to eliminate issues between mammography awards of distinct professionals and the correct medical conduct to be followed. However, the determination of database only visually, especially in different periods, difficult it\'s to standardize, causing an extremely subjective classification and relatively superficial in consequence of the large inter-and intraobserver variability. The method allows classifying the images independently of the subjective quality of the visual analysis from who organized the database or from the technique of the exposition to X-ray employed. The results were superior of 92% even to database totally distinct. These results were obtained respecting eventual differences of interpretation from several medical groups. Beside the establishment of mammography database with thresholding between the well quantified categories, this methodology will consent to probationers to be trained for classify the images according to the composition of the breast tissue density patterns described in the BI-RADS, respecting its local particularity. Likewise, with this methodology, the results from CAD would be compared.

Esta tese apresenta uma metodologia para classificação automática de achados mamográficos em mamas densas através de uma abordagem híbrida de classificadores e extração de atributos, como parte de um esquema computadorizado de auxílio ao diagnóstico (CAD) para mamografia. Foram implementadas duas redes Backpropagation. Uma responde pela classificação de clusters de microcalcificações, através de atributos descritores geométricos, em duas classes - suspeito e não suspeito. A outra rede classifica nódulos utilizando descritores geométricos e uma entrada com informação extraída de atributos de intensidade, produzindo na saída dois tipos de informação: presença ou não do nódulo, e constatada a presença do nódulo, classificação da região de interesse (RI) entre as categorias BI-RADS. As respostas de um \"clusterizador\" de RIs através de atributos de intensidade serviram de entrada para essa rede fornecendo uma informação de grau de densidade da RI. Uma interface foi desenvolvida para a apresentação dos resultados a fim de fornecer informações mais detalhadas da classificação e do caso analisado. Os resultados do classificador foram analisados através de análise estatística de sensibilidade e especificidade, e também por curvas ROC. Os resultados obtidos ficaram próximos a 89% de acerto total (verdadeiros-positivos mais verdadeiros-negativos) para nódulos produzindo valor de Az superior a 0,92 e ultrapassaram 75% de acerto da classificação entre as classes BI-RADS. Na classificação dos clusters os acertos totais do classificador ficaram próximos de 90%, com Az superior a 0,94. Para ambos tipos de lesões, as taxas de respostas falsas-negativas ficaram abaixo de 0,1, o que significa baixo erro em relação à não detecção da doença quando o sinal está presente. O classificador apresentado nesse trabalho é a conclusão de uma etapa importante do esquema CAD que vem sendo desenvolvido pelo grupo, além de possibilitar a disponibilização de mais uma ferramenta automática de auxílio ao diagnóstico do câncer de mama aos serviços de mamografia. / This thesis presents a methodology for automatic classification of mamographic findings in image of dense breast through hybrid approach of classifiers and features extraction techniques, as part of a computer-aided diagnostic (CAD) scheme for mammography. Two Backpropagation neural networks were implemented. One for microcalcifications clustered classification, through geometric descriptors, in two classes - suspect and non-suspect. The other neural network classifies nodules using geometric descriptors and additional information from intensity features extracted, producing in the output two kinds of information: presence or not of the nodule, and if nodule is present in the image, classification among BI-RADS categories. The result of clustering technique by using intensity features is presented as a new input to neural network, supplying density degree of image. An interface was developed for results presentation in order to supply more detailed information from the classifier outputs and of the analyzed case. The results of the classifier were analyzed through sensibility and specificity statistical analysis, and also for ROC curves. The results were close to 89% of total accuracy (positive-true plus negative-true) for nodules producing value of Az more than 0,92 and 75% of accuracy to classification among BI-RADS categories. In the cluster classification the total accuracy is about 90%, and Az greater than 0,94. In both kinds of lesions, negative-false result rates were below 0,1, which means low error related to the fail to detect the disease when the signal is present. The classifier presented in this work is the conclusion of an important stage of the CAD scheme that has been developed by the group, besides making possible the availability of one more automatic tool of aid to the breast cancer diagnosis to be used in mammography centers.

Orientador: Marilisa Berti de Azevedo Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amorim_VivianMaeSchmidtLima_D.pdf: 1143037 bytes, checksum: 7b0304c669d1160e712a666b80ef0553 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Justificativa: O câncer de mama, do colo de útero e de próstata são neoplasias importantes na incidência e na mortalidade no Brasil e são agravos que dispõem de métodos de rastreamento para detecção precoce oferecidos pelo Sistema Único de Saúde (SUS). Existe a necessidade de se identificar os grupos de mulheres e de homens que não realizam os exames de detecção precoce para esses agravos, como forma de implementar as estratégias para captação desses indivíduos visando minimizar as desigualdades sociais ainda existentes em relação ao acesso aos serviços de saúde. Objetivos: Analisar as práticas de detecção precoce para o câncer de mama, do colo uterino e de próstata, segundo características sociodemográficas, filiação a planos privados de saúde, morbidade e comportamentos relacionados à saúde. Material e Métodos: Estudo do tipo transversal, de base populacional, que teve como população de estudo todos os indivíduos do sexo feminino com idade de 20 a 69 anos residentes no município de Campinas, participantes do ISACAMP 2008/2009 e homens com idade superior a 50 anos residentes nos municípios de Campinas, Botucatu, Taboão da Serra, Embu e o distrito do Butantã em São Paulo, participantes do ISA-SP 2002/2003. Para a obtenção da amostra, os setores censitários dos municípios, foram agrupados em três estratos, segundo o percentual de chefes de família com nível universitário. Foram sorteados 10 setores censitários de cada estrato, e de cada setor censitário foram sorteados os domicílios e selecionados os indivíduos que seriam entrevistados, segundo os domínios de sexo e idade. As informações foram obtidas por meio de questionário estruturado em blocos temáticos, com a maioria das questões fechadas, aplicado diretamente à pessoa sorteada. O presente estudo incluiu 992 homens com 50 anos ou mais, 696 mulheres de 40 a 69 anos e 508 mulheres de 20 a 59 anos. Foram incluídos na análise dois grupos de variáveis: as independentes compostas por variáveis sociodemográficas, filiação a plano privado de saúde, comportamentos relacionados à saúde e estado da saúde e as dependentes, referentes à realização das práticas preventivas para a detecção do câncer de mama, do colo de útero e da próstata. Para as análises estatísticas foi utilizado os programas STATA 9 e STATA 11.0, que possibilitou levar em consideração as variáveis do plano de amostragem e o efeito de delineamento. As análises bivariadas incluíram estimativas de prevalência e intervalos confiança de 95% (IC) e modelos de regressão logística múltipla de Poisson. Resultados: O presente estudo verificou que 44,4% (IC 95%: 37,3-51,7) da população estudada dos homens de 50 anos ou mais, nunca haviam realizado exame preventivo para o câncer de próstata. Dos homens que referiram ter realizado exames de detecção do câncer de próstata (55,6%) o toque retal foi referido por 61,8%, o PSA por 73,2%, a ultra-sonografia por 28,2% e a biópsia por 7,3%. Dentre os homens que referiram ter realizado algum exame, 49,7% o haviam feito no ano que antecedeu a entrevista, 23% entre um a dois anos, 10% entre dois a três anos e 17% quatro anos ou mais antes da entrevista; Dos exames realizados, 41% foram financiados SUS. Os resultados da análise de regressão múltipla de Poisson apontam que a não realização dos exames preventivos para o câncer de próstata foi significativamente mais freqüente nos homens com menos de 70 anos, menor escolaridade, de menor renda familiar per capita, que não apresentam Diabetes Mellitus, que referiram algum tipo de deficiência visual e que não fizeram consulta odontológica no ano que antecedeu a entrevista. Em relação à realização da mamografia o presente estudo mostrou que das mulheres de 40 a 69 anos residentes no município de Campinas 47,7 % (IC95% 39,1-56,5) relataram filiação a planos privados de saúde e que 64,2% das mulheres realizaram a mamografia nos dois anos que antecederam a entrevista. O principal motivo apresentado para a realização da a mamografia foi realizá-la como procedimento de rotina sem a presença de queixas ou sintomas. Para as mulheres que nunca realizaram a mamografia o motivo mais alegado foi achar que a realização do exame não é um procedimento necessário s ser feito. Não ter o conhecimento do resultado do exame mostrou-se mais prevalente nas mulheres SUS dependente em relação as que têm plano privado de saúde. Das mamografias realizadas, 49,3 % foram financiadas pelo SUS e 50,7% pelos planos privados de saúde. A análise de regressão múltipla hierarquizada de Poisson revelou que persistiram significantes as variáveis: renda e plano privado de saúde, na 1ª etapa atividade física no lazer, diabetes mellitus e a consulta odontológica na 2ª etapa. Quanto a realização da citologia oncótica 46,4% (IC95% 34,1-59,2) das mulheres de 20 a 59 anos são filiadas a planos privados de saúde e que 86,2% (IC 95% 82,6-89,1) das mulheres entre 20 a 59 anos residentes no município de Campinas fizeram o exame nos últimos 3 anos, não sendo observada diferença na realização do Papanicolaou entre as mulheres que tem e as que não tem plano privado de saúde. Apenas 6,8% das mulheres entrevistadas referiram nunca ter realizado o Papanicolaou. O principal motivo alegado para a realização do exame foi fazê-lo como exame de rotina (92,8%). Já o principal motivo referido pelas mulheres que nunca fizeram o exame foi de acharem não ser um exame necessário. Quanto ao resultado do exame somente 4,5% não sabiam do resultado do último exame. Das citologias oncóticas realizadas, 55,7 % foram financiadas pelo SUS e 44,3% por planos privados de saúde. Não foi observada a associação entre as variáveis sócio-demográficas, de filiação a planos privados de saúde, de comportamento de saúde, morbidade e a realização da citologia oncótica nos três anos que antecederam a entrevista. Conclusão: Esse estudo mostrou importantes desigualdades socioeconômicas na realização do PSA, a presença da eqüidade na realização da citologia oncótica entre as mulheres de 20 a 59 anos residentes filiadas a planos privados de saúde e as SUS dependentes. Também apontou a existência de desigualdades, na realização da mamografia, entre das mulheres de 40 a 69 mostrando que as filiadas a planos privados de saúde realizam mais o exame do que as SUS dependentes. Quanto ao acesso na realização do Papanicolaou observou-se a existência da equidade apontando para a possibilidade de que o mesmo possa ocorrer em relação as outras praticas de saúde. Estratégias que garantam a equidade no acesso necessitam serem desenvolvidas com o objetivo de minimizar as desigualdades na realização da mamografia e do PSA e da integralidade das ações pertinentes às políticas nacionais da saúde do homem e da mulher / Abstract: Justification: Breast, uterine and prostate cancer are important malignancies in terms of incidence and mortality in Brazil. The Brazilian public healthcare system offers early detection methods for these conditions. There is need to identify groups of women and men who have not undergone early detection exams in order to implement strategies for reaching these individuals with the aim of minimizing existing social inequalities related to healthcare services. Objectives: The aim of the present study was to analyze early detection practices for breast, uterine and prostate cancer based on socio-demographic characteristics, affiliations with private health plans, morbidity and health-related behavior. Materials and Methods: A population-based cross-sectional study was carried out involving a study population of all females between 20 and 69 years of age in the city of Campinas (SP, Brazil) who participated in the ISACAMP 2008/2009 health survey and men aged 50 years or older residing in the cities of Campinas, Botucatu, Taboão da Serra and Embu and the district of Butantã in Sao Paulo (SP, Brazil) who participated in the ISA-SP 2002/2003 health survey. For the determination of the sample, the census sectors of the municipalities were grouped into three strata based on the percentage of heads of family with a university education. Ten census sectors of each stratum were selected by lots; residences were selected by lots from each census sector; and the individuals to be interviewed (based on gender and age) were then selected. The information was collected using a questionnaire structured in thematic blocks, with the majority of items closed questions, administered directly to the individual selected. The study involved 992 men aged 50 years or older, 696 women between 40 and 69 years of age and 508 women between 20 and 59 years of age. Two groups of variables were used in the analysis: independent variables, made up of socio-demographic variables, affiliations with private health plans, health-related behavior and health status; and dependent variables referring to preventive practices for the detection of breast, uterine and prostate cancer. The STATA 9 and STATA 11.0 programs were used for the statistical analysis, which allowed taking the sampling plan and design effect into consideration. The bivariate analyses included prevalence estimates and 95% confidence intervals (CI) as well as Poisson multiple logistic regression models. Results: A total of 44.4% (95% CI: 37.3-51.7) of population of males aged 50 years or older had never undergone a preventive prostate cancer exam. Among the men who reported having a prostate exam (55.6%), 61.8% reported undergoing the digital rectal exam, 73.2% reported undergoing the PSA exam, 28.2% reported undergoing ultrasonography and 7.3% reported undergoing biopsies. Among the men who reported undergoing an exam, 49.7% had done so in the year prior to the interview, 23% had done so one to two years earlier, 10% had done so two to three years earlier and 17% had done so four or more years prior to the interview. A total of 41% of the exams were financed by the Brazilian public healthcare system. The results of the Poisson multiple regression analysis revealed that the failure to undergo preventive prostate cancer exams was significantly more frequent among men under 70 years of age, those with less schooling, those with a lower household income, those without diabetes mellitus, those who reported some type of visual impairment and those Who had not visited the dentist in the previous year. With regard to mammography, among the female residents of the city of Campinas aged 40 to 69 years, 47.7% (95% CI: 39.1-56.5) reported affiliations with private health plans and 64.2% reported undergoing a mammogram in the two years prior to the interview. The main reason given for undergoing the exam was as a routine procedure, with no complaints or symptoms. Among the women who had never undergone a mammogram, the most reported reason was the belief that the exam is not a necessary procedure. A lack of knowledge regarding the results of the exam was more prevalent among those dependent on the public healthcare system in comparison to those with a private health plan. Among the mammograms performed, 49.3% were financed by the public healthcare system and 50.7% were financed by private plans. The following variables remained significant in the Poisson hierarchal multiple regression analysis: income and private health plan in the 1st step; and physical leisure activity, diabetes mellitus and dental appointment in the 2nd step. Regarding cancer cytology, 46.4% (95% CI: 34.1-59.2) of the women affiliated to private health plans between 20 and 59 years of age and 86.2% (95% CI: 82.6-89.1) of those between 20 and 59 years of age residing in the city of Campinas had taken the exam in the previous three years, with no significant difference in having undergone a Papanicolaou test between women with and without a private health plan. Only 6.8% of the women interviewed reported never having taken this exam. The main reason given for taking the test was as a routine exam (92.8%). The main reason given by the women who had never taken the test was the belief that it was unnecessary. Only 4.5% did not know the result of their last Papanicolaou test. A total of 55.7% of the cancer cytology exams were financed by the public healthcare system and 44.3% were financed by private plans. No associations were found between the socio-demographic variables, affiliation with private health plans, health-related behavior, morbidity and having undergone a cancer cytology exam in the three years prior to the interview. Conclusion: The present study demonstrated important socioeconomic inequalities with regard to having undergone a PSA exam as well as equity regarding having undergone cancer cytology exams among women between 20 and 59 years of age either affiliated to private health plans or dependent on the public healthcare system. Inequalities were detected in having undergone mammography among women aged 40 to 69 years, demonstrating that those affiliated to private health plans underwent the exam more than those dependent on the public healthcare system. Equity was found with regard to the Papanicolaou test, indicating the possibility that the same could also occur with other health practices. Strategies that ensure equity in relation to access to health services need to be drafted in order to minimize inequalities regarding mammography and the PSA test as well as the promotion of integral actions that are relevant to national health policies for men and women / Doutorado / Epidemiologia / Doutor em Saude Coletiva

Orientador: Sérgio Santos Muhlen / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T02:41:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Loureiro_ClarissaFernandaCorreiaLima_M.pdf: 2106734 bytes, checksum: 61a0c8655393190312aacd0f345e5f92 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Estabelecer os efeitos biológicos e níveis seguros de exposição à radiação ionizante é um objetivo a ser alcançado até os dias de hoje. Mamografia é um exame importante na detecção precoce de tumores na mama, mas desde que os genes BRCA1 e BRCA2 foram identificados como a causa principal de câncer de mama hereditário, existe uma preocupação crescente em relação à exposição às radiações ionizantes de pacientes portadoras de mutações nestes genes. A exposição poderia induzir um aumento nas mutações nos genes BRCA e outros supressores e promover o desenvolvimento do tumor nestas pacientes. Neste trabalho é proposto um estudo experimental in vitro inicial com o objetivo de determinar o nível de radiação que desencadeia mutações detectáveis nos genes BRCA, e quantificar um nível mais seguro de radiação nas mamografias de pacientes portadoras de mutações em alelo desses genes. Células de mama provenientes de uma paciente foram cultivadas e irradiadas com diferentes doses de raios X, gerados por um mamógrafo comercial. Os resultados mostram que radiações ionizantes promovem alterações mensuráveis nas células de mama cultivadas / Abstract: Establishing the biological effects and the safe level of exposure to ionizing radiation remains, so far, an objective to be reached. Mammography is an important exam in the early detection of breast tumors, but since the genes BRCA1 and BRCA2 were identified as a main cause of hereditary breast cancer, there is growing concern of exposing patients carrying those mutations to ionizing radiation. It could increase mutations in these genes and other suppressors, and promote the development of tumor in those patients. In this study we propose an in vitro initial experiment aiming to determine the radiation trigger level for detectable mutations in genes BRCA, and thus a safer level of radiation due to mammography for patients carrying a mutated allele of the genes BRCA1 or BRCA2. Breast cells from one patient were cultivated and irradiated with different doses of X-rays generated by commercial mammography equipment. The results have shown that exposition to ionizing radiation promotes measurable alterations in breast cell grown / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

A recente inserção e forte avanço da mamografia digital no Brasil como ferramenta de rastreamento do câncer mamário e as evidências de outras condições de otimização, quando comparadas à mamografia convencional (tela filme), requerem que novos parâmetros de qualidade sejam incluídos e estudados, bem como que as condições de otimização sejam revistas. O objetivo deste trabalho foi determinar a técnica radiográfica otimizada para dois sistemas de detecção (CR e DR) em uso em três unidades de mamografia: Mammomat 3000 Nova (Siemens), Senographe DMR (GE) e Senographe 2000D (GE). A otimização foi conduzida para uma variedade de combinações de fatores técnicos e configurações de simuladores de mama, tais como valores de kilovoltagem (26 a 32 kV), combinações anodo/filtro (Mo/Mo, Mo/Rh e Rh/Rh), material simulador de mama de várias espessuras (2 a 8 cm) e lesões simuladas como massas e calcificações, usando uma figura de mérito (FOM) como parâmetro. Verificou-se que o uso da combinação anodo/filtro que gera os espectros mais energéticos em cada equipamento proporcionou os maiores valores de FOM para todas as espessuras de simulador de mama e voltagens, devido a redução da dose. As combinações anodo/filtro que deram esses resultados foram Mo/Rh para o equipamento da marca Siemens e Rh/Rh para ambos os equipamentos da marca GE, correspondentes aos espectros mais energéticos de cada unidade. Foi observada ainda uma tendência de aumento do kV que maximiza FOM com o aumento da espessura. / The recent introduction and intense advance of digital mammography in Brazil as a tool in breast cancer screening and the evidences of new optimization conditions when compared to conventional mammography (screen-film) require adding and studying novel quality parameters, as well as revisiting optimization conditions. The objective of this work was to determine optimized radiographic technique for two detection systems (CR and DR) in use in three mammography units: Mammomat 3000 Nova (Siemens), Senographe DMR (GE) and Senographe 2000D (GE). Optimization was conducted for various combinations of technique factors and breast phantom configurations, such as kilovoltage settings (26 to 32 kV), target/filter combinations (Mo/Mo, Mo/Rh and Rh/Rh), breast equivalent material in various thicknesses (2 to 8 cm) and simulated mass and calcification lesions, using a figure of merit (FOM) as a parameter. When using anode/filter combination which generates higher energy spectra in each equipment, it was verified that higher FOM values were achieved for all voltages and phantom thicknesses, due to dose reduction. Anode/filter combinations which led to those results were Mo/Rh for Siemens equipment and Rh/Rh for both GE equipments, corresponding to the higher energy spectra in each unity. It was also observed an increasing tendency of kV which maximizes FOM with the increase of thickness.

Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma nova técnica de pré-processamento de imagens mamográficas digitais para melhorar o desempenho dos esquemas computacionais de auxílio ao diagnóstico (CAD) e para auxiliar na detecção precoce do câncer de mama. O método proposto efetua uma restauração nas imagens mamográficas utilizando, em uma primeira etapa, a transformada de Anscombe e o filtro de Wiener para redução do ruído quântico. Posteriormente, é utilizado o filtro inverso da função de transferência de modulação (MTF) do sistema de imagem para realce das estruturas de interesse na mamografia, como as microcalcificações, que podem ser um indicativo de câncer de mama em seu estágio inicial. Imagens mamográficas restauradas pelo método proposto foram utilizadas na avaliação de um esquema CAD para detecção automática de microcalcificações. Os resultados mostraram que o desempenho do esquema CAD apresentou uma melhora significativa quando imagens restauradas foram utilizadas, mesmo para imagens de mamas densas, que resultam normalmente em baixa taxa de detecção devido ao baixo contraste. / This work aims to developing a new technique for pre-processing digital mammographic images in order to improve the performance of computer aided-diagnosis schemes (CAD) and to assist in early detection of breast cancer. The proposed method performs a restoration in mammographic images using in a first step, the Anscombe transform and Wiener filtering to reduce image quantum noise. Subsequently, it was used the inverse modulation transfer function filtering (MTF) considering the imaging system to enhance structures of interest in mammography, such as microcalcifications, which may be an indicative of breast cancer in its early stage. Mammographic images restored by the proposed method were used in the evaluation of a CAD scheme for automatic detection of microcalcifications. The results showed that the performance of the CAD scheme had a significant improvement when restored images were used, even for images of dense breasts, which often results in low detection rate due to low contrast.

O presente trabalho tem por objetivo propor um modelo envolvendo subtração digital de imagens obtidas a diferentes níveis de energia do feixe de raios X, para possibilitar a detecção de lesões malignas da mama que, no modo tradicional de realização do exame, seriam totalmente camufladas quando superpostas por tecido de absorção semelhante. A pesquisa tem aplicação mais direcionada às avaliações de imagens referentes aos casos de mamas densas, que apresentam tradicionalmente baixo contraste em função da presença maior de tecido fibroglandular de alta densidade. Para possibilitar essa investigação, a pesquisa trabalha com a geração de imagens através de simulação computacional dos principais tecidos mamários envolvidos adiposo, fibroglandular e o próprio carcinoma. Por esse procedimento, é possível observar o comportamento das variações de níveis de cinza nas imagens mamográficas a partir dos coeficientes de absorção daqueles tecidos, considerados com diferentes espessuras e submetidos a diferentes valores de energia, dentro da faixa típica utilizada no exame mamográfico. Foi considerada para referência do procedimento uma mama comprimida totalizando 4,5 cm de espessura total. Os resultados apontaram basicamente que: (a) se o carcinoma tiver espessura menor que 0,8 cm, aparentemente, com exposição na faixa de 14 a 17 keV e com pequena variação de energia na aquisição da segunda imagem sua visualização é totalmente comprometida quando camuflado por tecido fibroso; (b) se o carcinoma tiver espessura maior que 0,4 cm, possivelmente será detectado, mesmo que camuflado por tecido fibroso, com exposição na faixa de 19 a 25 keV; (c) para carcinomas camuflados, de espessura entre 0,4 e 2,0 cm, considerando diferença maior de energias na aquisição das imagens, a realização do procedimento proposto permitirá destacá-los na imagem resultante da subtração digital entre imagens produzidas por exposições de 14 a 22 keV, representando, portanto, uma nova ferramenta metodológica para possibilitar e identificar lesões malignas que não seriam detectadas no exame típico, sobretudo em casos de mamas densas. / This work intends to propose a model involving subtraction of digital images obtained at different levels of energy in the X-ray beam, to permit the detection of malign lesions of the breast that in the traditional way of performing the examination, would be completely hidden when overlapped by tissue of similar absorption. The research has more directed application to the evaluations of referring images to the cases of dense breasts that traditionally present low contrast in function of the tissue presence biggest to fibrousglandular of high density. In order to make possible this investigation, the research works with the generation of images by computational simulation of main involved mammary tissues - adipose, fibrousglandular and the proper carcinoma. For this procedure, it is possible to observe the behavior of the variations of gray levels in the mammographic images from the coefficients of absorption of those tissues, considered with different thicknesses and submitted to different values of energy, inside of the used typical band in the mammographic examination. A compressed breast was considered for reference of the procedure totalizing 4,5 cm of total thickness. The results had pointed basically that: (a) if the carcinoma will have lesser thickness that 0,8 cm, apparently, with exposition in the band of 14 to 17 keV and with small variation of the energy in the second image acquisition, its visualization is quite damaged when masked for fibrous tissue; (b) if the carcinoma will have bigger thickness that 0,4 cm, will possibly be detected, even masked for fibrous tissue, with exposition in the band of 19 to 25 keV; (c) for masked carcinomas, with thickness between 0,4 and 2,0 cm, considering larger difference of energies in the acquisition of the images, the accomplishment of the proposed procedure will allow to highlight them in the resultant image of the digital subtraction among images produced by expositions of 14 to 22 keV, representing, therefore, a new methodological tool to make possible and identify malign lesions that would not be detected in the typical examination, especially in cases of dense breasts.

Dada a dificuldade de avaliação das imagens mamográficas no rastreamento do câncer de mama e a necessidade de precisão diagnóstica, tornou-se estimulante a luta pelo desenvolvimento de ferramentas computacionais que auxiliam esse processo, denominadas de esquemas de Computer-aided detection/diagnosis (CADe/CADx). Apresenta-se como um desafio para a comunidade científica a padronização dos critérios de avaliação destes esquemas a partir de bancos de imagens amplos e diversificados que representem casos tanto de benignidade quanto os de malignidade. Considerando este aspecto, o presente trabalho consiste no desenvolvimento de um objeto simulador (phantom) de mama capaz de gerar diversos padrões de imagens obtidos pela variação aleatória de tamanho, forma, contraste e distribuição de lesões. Para garantir imagens mais realistas, o phantom foi confeccionado em camadas compostas por filme de PVC submerso em parafina gel em uma distribuição não uniforme. Essa distribuição permite simular regiões heterogeneamente densas, de acordo com a concentração do material. A estimativa da densidade percentual da mama simulada foi obtida com a ajuda do software LIBRA®, para gerar imagens nas quatro categorias de classificação de densidades BI-RADS®. Os nódulos foram simulados usando dois modelos tridimensionais impressos em 3D, um para lesões circunscritas e outro para espiculadas. Para as microcalcificações, foi utilizada a hidroxiapatita granulada distribuída em quatro clusters que representam casos comumente encontrados em mamas reais. Alternativamente, uma ferramenta computacional foi desenvolvida para a inserção das lesões nas imagens, de acordo com a localização e intensidade escolhidas. As características do phantom foram estudadas comparando os coeficientes de atenuação dos materiais utilizados e dos tecidos mamários. Também textura e ruído das imagens do phantom foram comparados em relação aos das imagens clínicas. A partir da base de imagens formada, um protótipo de esquema CADx foi avaliado. Os resultados foram analisados estatisticamente a partir de curvas ROC e comparados com os obtidos nos testes realizados com imagens clínicas. Concluiu-se que o phantom desenvolvido neste trabalho permitiu gerar um padrão de imagem próximo ao obtido em mamografias reais e apropriado ao suprimento da base de imagens para validação dos sistemas CADx. / The need for diagnostic accuracy in breast cancer screening has motivated the use of computational schemes known as computer-aided detection/diagnosis (CAD/CADx). However, standardization of the evaluation criteria regarding these schemes is still a challenge, since they depend on the access to large and diversified image databases representing both benign and malignant cases. With this feature in view, this work aimed at the development of a structured breast phantom able to generate many images patterns achieved not only by the variation of size, shape, contrast but also by mainly the distribution of simulated lesions. To guarantee the realism of the images, the phantom was made in layers composed by PVC film submerged in paraffin gel with a non-uniform distribution. Such distribution allowed simulating more or less dense regions, according to the material concentration. The percent density estimative of the simulated breast was determined with the LIBRA® software, resulting in the four categories of BIRADS® density classification. Nodules were simulated using two 3D printed models, one for circumscribed and another for spiculated lesions. For simulating microcalcifications, granulated hydroxyapatite was used distributed in four clusters. Alternatively, a computational tool was developed for the insertion of lesions into the images, according to the location and intensity chosen. Phantom characteristics were studied comparing attenuation coefficients of the materials used and breast tissues. The texture and noise of the phantom images were also compared in relation to the clinical ones. From the image database created, a CADx system was evaluated considering its modules of nodule classification and detection of microcalcifications. The results were analyzed statistically from ROC curves and compared with those usually obtained in clinical imaging tests. We concluded that the phantom developed in this work allowed to generate an image pattern similar to that obtained in real mammograms and suitable for supplying an image database to be used as a ground truth for CAD and CADx schemes validation/evaluation.

A terapia hormonal na menopausa tem sido objeto de muita contradição nos últimos anos, pois trabalhos mostram resultados contraditórios quanto a benefícios e riscos para as usuárias. Ficou demonstrada, em alguns trabalhos, a maior incidência de carcinoma de mama em usuárias de terapia hormonal clássica e, portanto, existe uma constante busca no que diz respeito ao refinamento de métodos diagnósticos e avaliação dos efeitos das novas drogas na mama. Dentre as drogas mais modernas, a tibolona vem se destacando por apresentar poucos efeitos colaterais, principalmente relacionados à mama. Esta droga apresenta três metabólitos com ação tecidual específica. Assim, efeitos androgênicos, estrogênicos ou progesterônicos podem ser observados na dependência do órgão alvo estudado. Os objetivos de nosso estudo foram avaliar um método de análise computadorizada da densidade mamográfica e, ao mesmo tempo, avaliar os efeitos da tibolona na densidade dessas mamografias. Em nosso estudo, foram avaliadas 26 pacientes na pós menopausa e que tinham indicação do uso de terapia hormonal oral, de acordo com o protocolo vigente no Setor de Endocrinologia Ginecológica do Centro de Saúde Escola da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto-USP. Essas pacientes receberam tibolona na dose de 2,5 mg/dia por 24 semanas. Todas foram submetidas à mamografia antes a após o uso da droga sendo, durante a realização do exame, colocado sobre a plataforma de compressão da mama (Buck) um objeto de referência (escala em acrílico confeccionada para essa finalidade) na intenção de normalizar os exames pré e pós-tratamento. Além disto, as mamografias foram submetidas à avaliação de dois examinadores com o intuito de verificar variações da densidade mamográfica. Essas mesmas mamografias, após normalização pelo objeto de referência, também foram submetidas à análise computadorizada da densidade. Foram realizadas comparações entre os resultados da avaliação da densidade da mama antes e após o uso da tibolona tanto nos laudos dos examinadores, quanto nas imagens digitalizadas. Foi feito também comparação inter-examinadores. As análises comparativas das densidades das grafias antes a após o uso da tibolona não mostraram variações significativas tanto na análise dos examinadores quanto na análise computadorizada. A análise comparativa inter-examinadores mostrou uma tendência à variação entre as classificações da densidade mamográfica, apesar de não ser estatisticamente significante. Podemos concluir que a tibolona, se administrada a pacientes na pós menopausa, na dose de 2,5 mg/dia por 24 semanas não causa variação da densidade mamográfica. Desta forma, a avaliação computadorizada da densidade mamográfica pode ser usada como método auxiliar aos radiologistas, em casos de mamas mais densas permitindo uma melhor avaliação desses casos. / Over the last few years, hormonal therapy has been subject of much controversy since various studies have shown contradictory results regarding the risks and benefits for users. A higher incidence of breast carcinoma among users of classical hormonal therapy has been demonstrated in some studies and therefore there is a constant search regarding the refinement of diagnostic methods and the evaluation of the effects of new drugs on the breast. Among the more modern drugs, tibolone is particularly outstanding because it has few side effects, especially related to the breast. This drug has three metabolites with specific tissue action. Therefore, androgenic, estrogenic or progestogenic effects can be achieved, depending on the organ evaluated. The objectives of the present study were to assess a computerized method for the analysis of mammographic density. The author evaluated 26 menopausal women with an indication for oral hormonal therapy according to the protocol of the sector of gynecologic endocrinology of the Faculty of Medicine of Ribeirão Preto, USP. Tibolone at the dose of 2.5 mg/day was administered to these patients for 24 weeks. The patients were submitted to mammography before and after the use of the drug. During the exam, a reference object (an acrylic scale prepared for this purpose) was placed on the platform for breast compression (Buck) in order to normalize the pre- and post-treatment exams. In addition, two examiners evaluated the mammographies in order to determine variations in mammographic density. After normalization according to the reference object, these same mammographies were submitted to computerized density analysis. The mamographic density results obtained before and after the use of tibolone are compared in the digitalized images and in the examiners evaluation. In the same way, an inter-examiners analysis was done. The comparative analyses of the mammographic densities before and after the use of tibolone did not show significant variations in the analyses of the examiners or in the computerized analysis. Inter-examiner analysis showed a tendency to variation in the classification of mammographic density, although the difference was not statistically significant. The author concluded that tibolone, when administered to menopausal women at the dose of 2.5 mg/day for 24 weeks, did not cause a variation in mammographic density. Computerized evaluation of mammographic density can be used as an auxiliary method to radiologists, in cases of high density breast mammography, allowing a more confident evaluation of these cases.