A proposta deste trabalho foi analisar diferentes metodologias de treinamento de uma rede neural convolucional profunda (CNN) para a detecção de distorção arquitetural mamária (DA) em imagens de mamografia digital. A DA é uma contração sutil do tecido mamário que pode representar o sinal mais precoce de um câncer de mama em formação. Os sistemas computacionais de auxílio ao diagnóstico (CAD) existentes ainda apresentam desempenho insatisfatório para a detecção da DA. Sistemas baseados em CNN têm atraído a atenção da comunidade científica, inclusive na área médica para a otimização dos sistemas CAD. No entanto, as CNNs necessitam de um grande volume de dados para serem treinadas adequadamente, o que é particularmente difícil na área médica. Dessa forma, foi realizada neste trabalho, uma comparação de diferentes abordagens de treinamento para uma arquitetura CNN avaliando-se o efeito de técnicas de geração de novas amostras (data augmentation) sobre o desempenho da rede. Para isso, foram utilizadas 240 mamografias digitais clínicas. Uma das redes (CNN-SW) foi treinada com recortes extraídos por varredura em janela sobre a área interna da mama (aprox. 21600 em média) e a outra rede (CNN-SW+) contou com o mesmo conjunto ampliado por data augmentation (aprox. 345000 em média). Para avaliar o método, foi utilizada validação cruzada por k-fold, gerando-se em rodízio, 10 modelos de cada rede. Os testes analisaram todas as ROIs extraídas da mama, sendo testados 14 mamogramas por fold, e obtendo-se uma diferença estatisticamente significativa entre os resultados (AUC de 0,81 para a CNN-SW e 0,83 para a CNN-SW+). Mapas de calor ilustraram as predições da rede, permitindo uma análise visual e quantitativa do comportamento de ambos os modelos. / The purpose of this work was to analyze different training methodologies of a deep convolutional neural network (CNN) to detect breast architectural distortion (AD) in digital mammography images. AD is a subtle contraction of the breast tissue that may represent the earliest sign of a breast cancer in formation. Current Computer-Aided Detection (CAD) systems still have an unsatisfactory performance on AD detection. CNN-based systems have attracted the attention of the scientific community, including in the medical field for CAD optimization. However, CNNs require a large amount of data to be properly trained, which is particularly difficult in the medical field. Thus, in this work, different training approaches for a CNN architecture are compared evaluating the effect of data augmentation techniques on the data set. For this, 240 clinical digital mammography were used. One of the networks (CNN-SW) was trained with regions of interest (ROI) extracted by a sliding window over the inner breast area (approx 21600 on average) and the other network (CNN-SW+) had the same set enlarged by data augmentation (about 345000 on average). To evaluate the method, k-fold cross-validation was used, generating 10 instances of each model. The tests looked at all the ROIs extracted from the breast (14 mammograms per fold), and results showed a statistically significant difference between both networks (AUC of 0.81 for CNN-SW and 0.83 for CNN-SW+). Heat maps illustrated the predictions of the networks, allowing a visual and quantitative analysis of the behavior of both models.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:50:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-27 / Objetivo: Descrever os achados mamográficos, avaliar os indicadores de desempenho das mamografias e descrever o custo direto dos mutirões de mamografia dos anos de 2005 e 2006 na Direção Regional de Saúde de Marília. Métodos: Trata-se de um estudo observacional transversal dos achados radiográficos dos mutirões de mamografia dos anos de 2005 e 2006, na região da Direção Regional de Saúde de Marília. Foram realizadas 11.952 mamografias em 8 serviços, em mulheres dos 37 municípios da região, a classificação do resultado da mamografia foi pelo sistema padronizado BI-RADS, os indicadores de desempenho analisados foram os utilizados em auditoria de resultados e a análise de custos foi baseada nos valores pagos pelo Sistema Único de Saúde com base nas Tabelas SIA/SUS e SIH/SUS de 2005. Os dados foram armazenados em planilhas do Excel e posteriormente analisados utilizando o pacote estatístico SPSS Versão 15. Resultados: Das 11.592 mamografias, 9,35% (1.117) foram classificadas na Categoria BI-RADS 0, nas categorias BI-RADS 1 e 2 foram 87,86% (10.501), na categoria BI-RADS 3 foram 2,53% (302) e nas categorias 4 e 5 de 0,26%. A maior participação nos mutirões foi de mulheres na faixa etária de 40 a 49 anos. As faixas etárias de 50 a 59 e 60 a 69 anos representaram 45,59% do total. O Valor Preditivo Positivo dos BI-RADS 4 e 5 foram de 29,63% e 50% respectivamente. Foram diagnosticados 10 casos de câncer de mama (0,84 por 1.000 mamografias), 70% estavam na faixa etária de 50 a 69 anos. O custo total desses mutirões e acompanhamento foi de R{dollar} 450.019,91, sendo R{dollar} 431.467,20 com o pagamento de 11.952 mamografias e R{dollar}18.552,71 para a investigação diagnóstica de 29 casos suspeitos, para o tratamento de três casos de tumores benignos e de 6 casos de câncer. O custo de cada caso diagnosticado foi de R{dollar} 43.268,10. Conclusões: A prescrição médica de exames mamográficos fora da faixa etária recomendada pelo Ministério da Saúde, a baixa proporção de casos de câncer de mama detectados pelos exames e o alto custo de cada caso diagnosticado apontam para a necessidade de implementação de programas de rastreamento efetivos e de qualidade da mamografia nesta região do estado, investimento em programas de capacitação médica em todos os níveis de atenção à saúde, garantia de acesso rápido aos centros secundários e terciários para atendimento integrado e resolutivo dessa população. / Objective: to describe the mammography findings, and to evaluate the performance indicators of the mammographies and describe the direct cost of the mammography campaigns in 2005 and 2006 realized by the Regional Health Section of Marilia. Methods: It is a cross sectional observational study of the radiographic findings during the mammography campaigns of 2005 and 2006, in the Regional Health Section of Marilia. A total of 11.952 mammographies, in 8 health institutions, comprising women from 37 nearby municipalities and the classification of the mammographies outcomes was done according to BI-RADS; the performance indicators analyzed were the ones employed in outcomes auditory and the cost analysis was based on the amount paid by the Unique Health System (SUS), based on the Tables SIA/SUS of 2005. The data were stored in Excel and furthermore analyzed, employing the statistical method SPSS, version 15. Results: From the 11.592 mammographies, 9.35% (1.117) were classified into BI-RADS 0 and for BI-RADS 1 and 2 87.86% (10.501), for the classification BI-RADS 3, 2.53% (302) and for classification 4 and 5, was 0.26%. The highest participation on the campaign comprised women from 40 to 49 years old. Women whose ages ranged from 50 to 59 and 60 to 69 represented 45.59%. The predictive positive value of BI-RADS 4 and 5 were 29.63 and 50% respectively. A total of 10 cases of breast cancer were diagnosed (0.84 per 1000 mammographies), 70% of the ages ranged from 50 to 69 years. The cost of these campaigns and the follow-up cost totaled R{dollar} 450.019.91, considering that R{dollar} 431.467.20 was destined for he payment of 11.952 mammographies and R{dollar}18.552.71 for the diagnoses of 29 suspicious cases, for the treatment of 3 cases of benign tumors and 6 cases of cancer. The cost of each diagnosed case was R{dollar} 43.268.10. Conclusion: The medical prescription for mammographic exams out of the age range recommended by the Ministry of Health, the low proportion of breast cancer cases detected by the exams and the high cost of each diagnosed case, indicate the necessity of implementation of effective screening programs in this region of the state, investing in specific medical programs comprising all levels of health care and fast access to secondary and third party health units for integrated and effective attendance to this specific population. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Introdução: O cãncer de mama com fenótipo triplo negativo é definido como um tumor com receptor de estrógno e progesterona negativos e human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) negativo. Desde sua primeira descrição, alguns artigos tentaram descrever sua aparência radiológica, sem nenhum consenso. Estas pacientes podem ter características clínicas e imaginológicos distintas. Seria interessante verificar se as características radiológicas desses tumores são as mesmas relatadas no câncer de mama familiar e com mutação do gene BRCA1, muitas vezes associados a esse subtipo tumoral. Estas características que muitas vezes simulariam doenças benignas poderiam atrasar o diagnóstico precoce, refletindo a necessidade de seu conhecimento radiológico na prática. Neste contexto, este estudo poderia auxiliar no reconhecimento precoce de lesões mamárias e alertar o médico para solicitar uma biópsia, consequentemente, resultando num diagnóstico precoce. Objetivo: O principal objetivo desse estudo foi avaliar as características radiológicas dos carcinomas ductais invasivos de mama nos seguintes métodos de diagnóstico por imagem: mamografia, ultrassonografia e ressonância magnética, utilizando a padronização do American College of Radiology Breast Imaging Reporting and Data System (ACR BI-RADS®), comparando os casos de carcinomas com fenótipo triplo negativo dividindo-os em não basal e basal com o uso da citoqueratina 5. Pacientes e Métodos: Revisamos os arquivos de imagens do Instituto de Radiologia (InRad) da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP) e do Instituto do Câncer do Estado de São Paulo (ICESP), durante o período da coleta de dados, que envolveu 12 anos. Trata-se de estudo descritivo observacional, realizado após a aprovação do comitê de ética. Foram avaliadas 6.952 resultados de biópsias cirúrgicas ou percutâneas por agulha grossa de mama e após a verificação do material radiológico e histológico, chegamos ao resultado de 106 casos. Todas as reações imunohistoquímicas foram lidas por dois patologistas e os exames radiológicos foram avaliados por dois radiologistas, todos especialistas em doenças da mama em suas respectivas áreas. Resultados: A maioria das pacientes incluídas foram mulheres brancas, com idade entre 24-81 anos. Na mamografia, a principal lesão observada foi o nódulo (74,7%), com margem espiculada (36,9%) e forma oval (60,0%), seguido pela assimetria focal (12,6%), lesões ocultas (9,2%) e assimetria global (3,4%). Nenhuma lesão principal se manifestou como microcalcificações. Os tumores avaliados pela ressonância magnética se manifestaram principalmente como lesão nodular (92,0%), com forma irregular (60,0%), margem irregular (44%) e realce heterogêneo (56,0%). A curva tipo 3 (91,7%) foi comumente observada. O isosinal em T2 foi mais freqüentemente observado (52,2%). A ausência de áreas císticas foi observada na maioria das lesões (47,8%). Todos os tumores avaliados pelo ultrassom foram vistos, principalmente como nódulos (98,1%), hipoecoicos (90,3%), com forma irregular (61,2%), margem mal definida (34,7%) e o reforço acústico posterior (32,0%) e halo ecogênico (46,6%) foram comumente observados. Conclusão: Não foram encontradas associações estatisticamente significativas das características tumorais e demográficas com os subtipos de tumores (p > 0,05) na mamografia, ultrassom e ressonância magnética. Houve correlaçãos inversa entre a idade e o tamanho do tumor. Apenas no USG os linfonodos positivos apresentaram em média estatisticamente maior tamanho tumoral associado que os linfonodos negativos (p=0,045). Em nossa série, observamos que embora algumas características tenham sido mais frequentes, não houveram características que mostraram diferença estatisticamente significante entre os subtipos. Assim, não se pode atribuir qualquer característica específica que possa melhorar a acurácia diagnóstica / Introduction: Breast cancer with triple negative phenotype is defined as estrogen receptor negative tumor, progesterone receptor negative and human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) negative. Since its first description, some articles have tried to describe its radiological appearance, with no consensus. These patients can have adverse clinical and imaging characteristics. It would be interesting to check if the radiological characteristics of these tumors are the same related in the familiar breast cancer and associated to the mutation of gene BRCA1, many times associated to this tumor subtype. These characteristics, that many times would simulate benign diseases, could delay the early diagnosis, reflecting the need of its radiological knowledge in practice. In this context, this study could help in the early recognition of breast lesions and alert the doctor to require a biopsy, consequently resulting in an early diagnosis. Objectives: The main objective of this study was to evaluate the radiological characteristics of breast invasive ductal breast carcinomas with triple negative invasive phenotype in the following diagnostic image methods: mammography, ultrasound and magnetic resonance, using the American College of Radiology Breast Imaging Reporting and Data System (ACR BIRADS ®) criteria, divided in basal and not basal subtypes with the use of cytokeratin 5. Patients and Methods: We\'ve reviewed the images from the Radiology Institute (InRad) from Faculty of Medicine of the University of São Paulo (FMUSP) and from the Cancer Institute of São Paulo (ICESP), during the period of data collecting, which took 12 years. This aims to be an observational descriptive study, realized after the Ethic Committee\'s approval. 6952 results of breast surgical or percutaneous needle biopsies were evaluated and after checking the radiological and histological material, we came to the result of 106 cases. All the immunohistochemical reactions were read by two pathologists and the radiological exams were evaluated by two radiologists, all specialists in breast illnesses in their respective areas. Results: Most patients included were white women, aging between 24-81 years old. In the mammography, the main lesion observed was the nodule (74,7%), spiculated margin (36,9%) and oval shape (60%), followed by focal asymmetry (12,6%), hidden lesions (9,2%) and global asymmetry (3,4%). No main lesion showed microcalcifications. The tumors evaluated by magnetic resonance imaging showed mainly as nodule (92,0%), irregular shaped (60,0%), irregular margin (44,0%) and heterogeneous enhancement (56,0%). The curve type 3 (91,7%) was generally observed. The isosignal in T2 was most frequently observed (52,2%). The absence of cystic areas was observed in most of the lesions (47,8%). The tumors evaluated by the ultrasound were seen principally as nodules (98,1%), hypoechoic (90,3%), irregular shaped (61,2%), ill-defined margin (34,7%) and with posterior acoustic enhancement (32,0%) and echogenic halo (46,6%). Conclusion: There were no statistically significant associations of tumor and demographic characteristics with tumor subtypes (p > 0.05) in mammography, ultrasound and magnetic resonance imaging. There were inverse correlations between the age and the size of the tumor. Only in USG positive lymph nodes had on average larger tumor size with a statistically significant result that the negative lymph nodes (p = 0,045). In our series, we\'ve observed that, although some characteristics have been more frequent, there were no characteristics which showed difference statistically significant among the subtypes. Therefore, we can not attribute any specific characteristic that can improve the diagnostic accuracy

O método mais eficaz para detecção de carcinoma mamário ductal in situ é a mamografia, que apesar de apresentar alta sensibilidade, possui baixa especificidade e não demonstra todos os casos deste tipo de lesão. Assim sendo, pesquisadores têm desenvolvido modalidades por imagem adjuntas à mamografia, das quais a mais promissora talvez seja a ressonância magnética mamária de alta resolução. Neste estudo investigou-se a capacidade da ressonância magnética, realizada em aparelho de 1,5 Tesla, com gradientes de alto desempenho, uso de bobina de superfície dedicada para mama e agente paramagnético por via endovenosa, em demonstrar focos de carcinoma ductal in situ em sua forma pura. Realizou-se análise retrospectiva em 24 pacientes que apresentaram este diagnóstico histológico e haviam sido submetidas à mamografia e à ressonância magnética. Evidenciou-se baixa reprodutibilidade entre os achados mamográficos e os da ressonância magnética mamaria, com discordância em 13 dos 24 casos (54%). Mesmo assim, concluiu-se que a ressonância magnética mamária foi valiosa, pois apesar de ter sido negativa em 5 dos 16 casos mamograficamente detectados (20,83%) revelou 8 focos de carcinoma ductal in situ não vistos à mamografia (33,33%), contribuindo de modo decisivo para o planejamento terapêutico destas pacientes. / Mammography is the most effective method to detect ductal carcinoma in situ of the breast. However, despite its high sensitivity, its specificity is low and some foci of ductal carcinoma in situ may not be detected by it. This fact has encouraged researchers to develop imaging methods adjunctive to mammography of which high resolution magnetic resonance imaging is perhaps the most promising. The purpose of this study is to investigate the ability of magnetic resonance imaging, performed in a 1.5 Tesla system with high performance gradients, the use of breast dedicated surface coil and intravenous paramagnetic agent to demonstrate foci of pure ductal carcinoma in situ. Retrospective analysis was performed to the examinations of 24 patients with this pathologic diagnosis that have been subjected to both mammography and breast magnetic resonance imaging. This study revealed that the concordance rates between mammography and magnetic resonance imaging provided low reprodutibility, being discordant in 13 of the 24 cases (54%). However, we concluded that breast magnetic resonance imaging was valuable because, despite of not depicting 5 of 16 mammographically detected cases (20,83%), it was able to detect 8 foci of ductal carcinoma in situ exclusively (33,33%), contributing to the therapeutic planning for these patients.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1384872 bytes, checksum: 17a26f8a3828692a7cd893ffaf2ff3f9 (MD5) Previous issue date: 2010-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The usage of mammographic image databases in digital form and the practice of telemedicine require to store and to transmit large amounts of data. The image digitization from a single mammographic exam with appropriate resolution can take up to 120MB of space in disk, which becomes even more critical when considering the large number of exams per day on a clinic. Thus, efficient data compression techniques are needed to reduce storage and transmission costs. This document describes the development of a high-performance lossless compressor based on Prediction by Partial Matching (PPM) algorithm with modules for segmentation, mapping, gray code, bit planes decomposition and move-to-front transform, for mammographic image compression. The compressor developed was efficient in both compression ratio and processing time, and compresses 27MB images in about 13 seconds with an average compression ratio of 5,39. / A utilização de bancos de dados de imagens mamográficas em formato digital e as práticas de telemedicina exigem que se armazene e transmita grandes quantidades de dados. A digitalização das quatro imagens de um único exame mamográfico com resolução adequada pode ocupar até 120MB de espaço em disco. Esta quantidade de dados leva a uma situação ainda mais crítica ao considerar-se o grande número de exames diários efetuados rotineiramente em uma clínica. Assim, técnicas eficientes de compressão de dados são necessárias para reduzir os custos relativos ao armazenamento e à transmissão destas imagens. O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de alto desempenho para compressão sem perdas de imagens mamográficas baseado no algoritmo Prediction by Partial Matching (PPM), em conjunto com módulos para segmentação, mapeamento, codificação com Código Gray, decomposição em planos de bits e transformada move-to-front (MTF). O sistema desenvolvido mostrou-se eficiente tanto no que tange à razão de compressão quanto ao tempo de processamento, comprimindo imagens de 27MB em aproximadamente 13 segundos com razão de compressão média de 5,39.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4611703 bytes, checksum: c5e21f035f26ff6959248fbd243a0217 (MD5) Previous issue date: 2012-04-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Breast cancer is the most common cause of death by cancer in the female population and a serious world health problem. The mammographic exam allows an early detection which reduces the mortality rate of the disease. Its efficiency has made it the standard procedure for breast cancer diagnosis. These reasons have led to the development of Computer-Aided Detection and Diagnosis (CADDx) systems that assist the physician by working as a second opinion in the diagnostic. One of the algorithms studied during the development of this work, the mass detection algorithm created by Ozekes et al, has shown great potential reaching 99% of sensibility when applied in the test group images. However, its many parameters and the need to manual calibrate them make it impossible to use it in the constructions of practical CADDx systems. This work presents an automatic method for mass detection in mammography based on the algorithm of Ozekes et al. Multilayer Perceptron artificial neural networks (ANN) are used as functional approximators to automatically calibrate the necessary parameters of the proposed method. The computation of the neural networks produces the values used as parameters for thresholding and template application stages. Feature selection and network topologies were chosen by means of empirical tests. Results show in its best configuration point 82% of sensibility and 7,51 false positives per image. After a false positive reduction, 74% of sensibility and 3,56 false positives per image were achieved. Future works include the study of a wider set of image features and preprocessing algorithms. / O câncer de mama é a causa mais comum de morte por câncer na população feminina e um sério problema de saúde mundial. A mamografia permite uma detecção precoce do câncer, reduzindo a mortalidade da doença. Sua eficiência tornou-a procedimento padrão para diagnóstico do câncer de mama. Essas razões levaram ao desenvolvimento de sistemas computadorizados para o auxílio à detecção e ao diagnóstico - em inglês, Computer-Aided Detection and Diagnosis (CADDx) - que auxiliam os profissionais da saúde provendo uma segunda opinião ao diagnóstico. Um dos algoritmos estudados durante o desenvolvimento do trabalho, o algoritmo para detecção de massas criado por Ozekes et al, mostrou grande potencial atingindo 99% de sensibilidade quando aplicado nas imagens testadas. Entretanto, seus muitos parâmetros, e a calibração manual de cada um deles, tornam impossível a aplicação do algoritmo na construção de sistemas CADDx reais. Esse trabalho apresenta um método automático para detecção de massas em mamografias baseado no algoritmo de Ozekes et al. Redes neurais artificiais (RNA) Perceptron multicamadas são usadas como aproximadores universais para a calibração dos parâmetros necessários ao método. A computação dessas redes produz os valores que deverão ser usados como parâmetros para as etapas de binarização e aplicação dos templates. A seleção de atributos e topologias das redes neurais foi definida empiricamente. Resultados mostram, na melhor configuração do sistema, 82% de sensibilidade 7,51 falsos positivos por imagem e, após uma redução de falsos positivos, 74% de sensibilidade e 3,56 de falsos positivos por imagem. Trabalhos futuros incluem o estudo de mais atributos e descritores de imagens além da experimentação de outros algoritmos para pré-processamento.

Submitted by mariana andreazzi (mariana.andreazzi@gmail.com) on 2018-04-17T11:25:04Z No. of bitstreams: 1 Dissertação M.A.pdf: 1982076 bytes, checksum: ed75a1f8ed32ce6807b4f69ef83cf56b (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-18T18:22:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andreazzi_m_me_ilha.pdf: 4488184 bytes, checksum: 3ae904bc1d08784b0b43e8a989b69419 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T18:22:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andreazzi_m_me_ilha.pdf: 4488184 bytes, checksum: 3ae904bc1d08784b0b43e8a989b69419 (MD5) Previous issue date: 2018-02-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Foi implementado um instrumento com a finalidade de medir a intensidade (taxa de fluência de energia) de fótons na faixa de mamografia (22 a 33 kVp) e a tensão do tubo de um mamógrafo. O instrumento é constituído por uma câmara com sensor piroelétrico de metaniobato de chumbo (PbNb2¬O¬¬6) e seu circuito de condicionamento de sinais. Utilizou-se poliácido lático para confeccionar a câmara piroelétrica em uma impressora 3D. O circuito de condicionamento de sinais é um conversor corrente-tensão de alta sensibilidade. A intensidade da radiação foi determinada a partir da taxa de exposição medida com uma câmara de ionização. Uma simulação do espectro de emissão do molibdênio, na faixa de 22 a 33 kVp, foi realizada com o sensor piroelétrico e o software DTSA-II, e comparada com a o feita com um sensor de Si(Li), comumente empregado. Os resultados obtidos mostram que a resposta do instrumento implementado é linear com a tensão do tubo de raios-X e com a intensidade da radiação, e que o espectro de emissão do molibdênio pode ser determinado com o instrumento piroelétrico. / An instrument to measure the intensity (energy fluence rate) of photons in the mammography range (22 to 33 kVp) and the tube voltage of a mammograph. The instrument consists of a chamber with a pyroelectric sensor of lead methaniobate (PbNb2O6) and its signal conditioning circuit. Polyacid was used to make the pyroelectric chamber in a 3D printer. The signal conditioning circuit is a high sensitivity current-voltage converter. The intensity of the radiation was determined from the exposure rate measured with an ionization chamber. A simulation of the emission spectrum for molybdenum, in the range of 22 to 33 kVp, was performed with the pyroelectric sensor and the DTSA-II software, and compared to that simulated using the commonly used Si (Li) sensor. The results show that the response of the implemented instrument is linear with the X-ray tube voltage and the intensity of the radiation, and that the emission spectrum of molybdenum can be determined with a pyroelectric instrument.

Materiais radiologicamente equivalentes ao tecido humano (Tissue Equivalent Material - TEM) têm a finalidade de evitar exposição injustificável à radiação de pacientes e são amplamente utilizados no controle de qualidade de equipamentos de diagnóstico por imagem. Esses materiais devem ser caracterizados para que se possa confiar em sua semelhança, em termos de suas propriedades de interação com a matéria, aos tecidos que substituem. Uma das maneiras de caracterizar os materiais é verificando se o espectro transmitido através deles se assemelha ao transmitido através do tecido que substituem. O método Monte Carlo (MC) é uma ferramenta útil no processo de caracterização dos TEM pois pode evitar o processo custoso de realizar experimentos de transmissão de raios-X. Esse trabalho investigou a aplicabilidade do método MC à caracterização de TEM de tecido mamário (bTEM) utilizados no controle de qualidade de equipamentos de mamografia. Para verificar a aplicabilidade do método MC, uma série de resultados de simulações foi comparada a resultados experimentais. Espectros de raios X transmitidos foram comparados diretamente através da média de seus resíduos reduzidos (Mean Weighted Squared Residuals - MWSR). Comparações foram feitas através de grandezas derivadas dos espectros. Essas grandezas foram: as camadas semi-redutoras (primeira e segunda), a energia média e a energia efetiva. Foi realizada uma discussão acerca da eficiência de cada uma dessas comparações, através da estimativa do poder de cada teste de hipótese. Os experimentos de transmissão de radiação foram realizados em duas instalações, no Laboratório de Dosimetria das Radiações e Física Medida da Universidade de São Paulo, onde foi utilizado um tubo de raios X com anodo de tungstênio adaptado para qualidades de feixe utilizadas em aplicações mamográficas, e no Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear, equipado com um mamógrafo clínico com anodos de tungstênio e molibdênio. Diversas condições experimentais foram variadas para assegurar a robustez das conclusões, tais como as combinações anodo/filtro, os materiais constituintes dos bTEM, suas glandularidades, espessuras e as tensões de pico. Os espectros sem nenhuma atenuação (0 mm) também foram medidos e utilizados nas comparações. Os espectros foram medidos com um detector comercial de CdTe. Dosímetros termoluminescentes foram utilizados para estimar a dose depositada em diversas regiões do bTEM, e esses resultados foram também comparados às simulações. Além da estimativa do nível de exatidão alcançado pelo código de MC nas referidas condições, também se concluiu que o teste de hipótese do MWSR teve o maior poder estatístico, de 0,996. O MWSR foi o teste que demonstrou a compatibilidade dos espectros medidos o maior número de vezes. Esse teste aceitou 48% dos pares de espectros contra 40% de aceitação do teste da primeira camada semi-redutora, que foi o segundo teste com maior aceitação. / man radiologically tissue equivalent materials (TEM) have the purpose of avoiding unjustifiable irradiation of patients; they are largely used in the quality control of image diagnostic equipment. These materials must be characterized so that their similarity to the tissues they simulate can be relied upon, regarding their properties of interaction with radiation. One way of characterizing the materials is by checking the resemblance between their transmitted spectrum to the one of tissue they simulate. The Monte Carlo (MC) method is a useful tool in the TEM characterization process, since it may avoid the realization of costly experiments of transmitted X-ray spectrometry. MC may even dismiss preliminary experiments. This work investigated the applicability of the MC method to the characterization of breast tissue TEM (bTEM) used in the quality control of mammography equipment. To evaluate the applicability of the MC method, a series of simulation results was compared to experimental data. Transmitted spectra were directly compared through their mean weighted squared residues (MWSR), and by the comparisons of spectra derived quantities, as it is commonly done in the literature. These quantities were: the half value layers (first and second), the mean energy and the effective energy. A discussion about the efficiency of each one of these comparisons was made by estimating the statistical power of each hypothesis test. The radiation transmission experiments were carried out in two facilities: at the Laboratory of Radiation Dosimetry and Medical Physics of the University of São Paulo, where a tungsten anode X-ray tube adapted to mammographic applications was used. The rest of the experiments was done at the Nuclear Technology Development Center of the National Commission of Nuclear Energy, equipped with a clinical mammographic equipment with anodes composed by tungsten and molybdenum. Several experimental conditions were varied to ensure the robustness of the conclusions, such as the anode/filter combination, the bTEM constituent materials, their glandularities, thicknesses and peak voltages. Spectra with no attenuation (0 mm) were also measured and used in the comparisons. The spectral measurements were done with a commercial CdTe detector. Thermo-luminescent dosimeters were used to estimate the dose deposited at several regions inside the bTEM, and these results were also compared to simulations. In addition to estimating the level of accuracy achieved by the MC code in the mentioned conditions, it was also concluded that the highest statistical power was scored by the MWSR and it was of 0.996. The MWSR was also the test which attested this compatibility of the measured spectra the most. It accepted 48% of the spectra pair against 40% acceptance of the first half value layer test, which was the second test with most acceptance.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação. / In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.

Neste trabalho, avaliou-se a quantidade de informação diagnóstica contida na distribuição da radiação espalhada em mamografia, através de simulações Monte Carlo (MC). Para isto, este trabalho consistiu de dois objetivos: o primeiro diz respeito ao desenvolvimento de um código MC para o transporte de fótons em radiodiagnóstico, com ênfase em mamografia. O segundo diz respeito ao estudo da distribuição da radiação espalhada pela mama, e seu potencial diagnóstico. O modelo geométrico adotado nas simulações consistiu de uma mama comprimida semi-infinita, com um nódulo esférico inserido, simulando um nódulo maligno. Um receptor plano ideal foi posicionado abaixo da mama, a uma distância h. A distribuição angular da radiação espalhada pela mama, e sua distribuição espacial sobre o receptor, foram obtidas para um feixe estreito incidindo perpendicularmente sobre a superfície da mama. Estas distribuições foram utilizadas para calcular valores de contraste (CS) e razão contraste-ruído (CNRS) dos fótons espalhados, comparando as distribuições provenientes de regiões da mama sem e com o nódulo. Valores de CS e CNRS foram estudados para diferentes energias do feixe incidente, tamanho e posição do nódulo, e espessura e composição da mama. A influência de feixes polienergéticos nos valores de CS e CNRS também foi investigada. Para a distribuição espacial da radiação espalhada, valores de CS e CNRS também foram estudados como função da distância do receptor à mama. Os resultados mostram que a distribuição da radiação espalhada apresenta picos de espalhamento, que são produzidos pelos fótons elasticamente espalhados, e estão relacionados com a composição da mama. As distribuições angulares de CS e CNRS mostraram que valores máximos destas distribuições ocorrem próximos ao primeiro pico de espalhamento. Valores de CS maiores que o contrate primário foram obtidos em todas situações analisadas, embora o CNRS tenha se mostrado consideravelmente mais baixo que o CNR primário. As distribuições espaciais de CS e CNRS no receptor indicam que o uso de um receptor plano não reduz os valores de CS, comparados com os obtidos para a distribuição angular, embora o CNRS decresça a medida que h aumenta. Imagens planares, obtidas utilizando o feixe espalhado, mostram que, além de fornecer valores de contraste maiores que o contraste primário, a técnica permite realçar um determinado tipo de tecido na imagem, a partir da seleção de um determinado valor de momentum transferido x. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a radiação espalhada contém informação diagnóstica a respeito da presença de um nódulo na mama. Estudos futuros a respeito da otimização das condições de irradiação da mama e detecção da radiação espalhada devem ser realizados, a fim de se aumentar os valores de CNRS, sem comprometer os valores de CS. / In this work, the potential of forward x-ray scattering for contrast enhancement of malignant nodules in mammography was studied through MC simulations. This work consisted of two objectives: the ¯rst one refers to the development of a Monte Carlo (MC) code for simulation of photon transport in radiodiagnostic, focusing on mammography. The second objective refers to the study of the distribution of scattered photons by the breast, and its diagnostic potential. The geometric model adopted in the simulations consisted of a semi-in¯nite compressed breast, with a spherical nodule inserted within it, simulating a nodule. A planar ideal receptor was positioned under the breast, at a distance h from it. The angular distribution of scattered photons exiting the breast, and its spatial distribution on the receptor, were obtained for a pencil beam impinging normally on the breast surface. These distributions were used to compute values of scatter contrast (CS) and contrast-to-noise ratio (CNRS), by comparing the signal from regions of the breast without and with the nodule. Values of CS and CNRS were studied for di®erent beam energies, nodule size and position, and breast thickness and composition. In°uence of polienergetic spectra on CS and CNRS were also investigated. For the spatial distribution of scattered photons on the receptor, values of CS and CNRS were also studied as a function of the distance of the receptor to the breast. Results show that the distributions of scattered photons present scattering peaks, which are yielded by the elastic scattered photons, and are related to the breast composition. The angular distributions of CS and CNRS showed that maximum values occur close to the adipose scattering peak. Values of CS greater than primary contrast were obtained in all situations analyzed, although the CNRS was considerably lower than primary CNR. The spatial distributions of CS and CNRS indicate that the use of a planar receptor does not reduce the values of CS, compared with those from the angular distribution, although the CNRS decreases as h increases. Planar images, obtained for the scattered beam, showed that, in addiction to contrast enhancement, this technique allows the accentuation of a given tissue in image, by selecting a given value of transfer momentum x. The results obtained in this work indicate that scattered radiation contains diagnostic information about the presence of a nodule within the breast. Further studies, regarding optimization of conditions of breast irradiation and radiation detection, should be performed, in order to increase values of CNRS, without reducing values of CS.