The use of ionizing radiations, x-rays, are the services of hemodynamic which aim to perform the diagnosis and the therapy of many kinds of heart illnesses. In the Services of Hemodynamic the most preoccupying aspects concerning the levels of radiation exposure not only of the patients but of medical team as well, is the time of which exposure occurs. As means of reducing the time of total exposure which is extremely dependent on the behavior of the professionals during the procedure, it can be cited the reduction of the time of the total exposure the position of the team into the room, the use of equipments of individual protection, and the distance of the tube intensifier of the images concerning the patient, among other factors. The application of these means of reduction of the exposure is variable according to the medical teams. So, the proposal of this work is to reduce the levels of exposure of an independent form of that form the medical team are using these equipments. It is proposed the use of additional filters in the exit of the x-ray in the three equipments of different generations, HEMOCOR SM - Interventionist Cardiology, Heart Institute - ICOR and the University Hospital of Santa Maria-HUSM, with the main objective of reducing the radiation of low energy that increase the exposure of patients and medical team. The principal difficulty faced with the use of the filters is the reduction of the quality of the image, that is, the loss of information aiming to correct the diagnosis. In order to quantify the quality of the image, a simulator was mounted with plates of aluminum and with other devices overlapping them to make it possible to measure and to compare the obtained images. In order to avoid doubting the evaluation of the images produced among the observers (inter-observers) and even among the own observatory (intra-observer), methods of analyze of images (threshold, histogram, surface 3D) was used, where it is possible to measure the relation sign noise, the special resolution, the contrast and the definition of the area of the sign. It was used ionization chambers which were placed in the position of the entrance of the skin of the patient, in the entrance in the tube intensifier and in the position of the hemodynamic doctor in order to quantify the reduction of doses when the filters were added. After they chose of the ideal filter for every type of the equipment, it was measured the effective dose of hemodynamic , using personal dosimeters during the clinical procedures. These effective doses were compared with those obtained without the use of filters for the same clinical procedures. So, it was possible to quantify the real reduction of the exposure of the medical team. In the case of HUSM, in the fluoroscopy-type, the adding filtration of 0,29 mm of Cu more 1 mm of Al showed the better results, allowing a reduction in the Rate of Kerma in the Air in the Entrance of the Skin of the Patient of 55,89% and a reduction of Rate of Kerma in the Air at 70 cm of distance in the direction of the hemodynamic doctor of 38,8%. Already, in the pencil-type, the additional filtration of 0,29 mm of Cu plus 2 mm of Al showed better results, allowing a reduction in the Rate of Kerma in the Air in the Entrance of the Skin of the Patient at 80,3% and a reduction of Rate of Kerma in the Air at 70 cm of distance in the direction of the hemodynamic doctor of 68,55%. For the HEMOCOR, in the fluoroscopy-type the additional filtration of 0,29 mm de Cu plus 2 mm of Al presented better results, allowing a reduction in the Rate of Kerma in the Air in the Entrance of the Skin of the Patient of 48,81% and a reduction in the Rate of Kerma in the Air at 70 cm of distance in the direction of the hemodynamic doctor of 23,91%. Already in the pencil-type, the additional filtration of 0,29 mm de Cu more 2 mm of Al presented the better results, allowing a reduction in the Rate of Kerm in the Air in the Entrance of the Skin of the Patient of 72,53% and a reduction in the Rate of Kerma in the Air at 70 cm of distance in the direction of the hemodynamic doctor of 52,30%. For the ICOR, in the fluoroscopy-type, it was not possible to collect information, because the equipment does not produce images DICOM, nor it keeps the last image in the monitor. Already, in the pencil-type, the additional filtration of 0,58 mm of Cu plus 1 mm of Al presented better results, allowing a reduction in the Rate of Kerma in the Air in the Entrance of the Skin of the Patient of 82,27% and a reduction in the Rate of the Kerma in the air at 70 cm of distance in the direction of the hemodynamic doctor of 75%. In the analysis of the personal dosimeter held in the HUSM, it was possible to calculate a global reduction of dose of 55%. So, it can be said that, with the use of additional filters, the dose of radiation in the patient and medical team can be reduced without damage of the diagnosis. This reduction is still more significant for the professionals that work in more than one service of Hemodynamic. / No âmbito do uso das radiações ionizantes, raios X, estão os Serviços de Hemodinâmica que tem como objetivo realizar o diagnóstico e a terapia de diversos tipos de doenças cardiovasculares. Nos Serviços de Hemodinâmica, os aspectos mais preocupantes em relação aos níveis de exposição às radiações, tanto do paciente quanto da equipe médica, é o longo tempo de exposição. Como meios de reduzir os níveis de radiação, que são extremamente dependentes do comportamento dos profissionais durante o procedimento, pode-se citar a redução do tempo de exposição total, a melhor posição da equipe dentro da sala, o uso dos equipamentos de proteção individual, a menor distância do tubo intensificador de imagens em relação ao paciente, dentre outros fatores. A aplicação destes meios de redução das exposições é variável de acordo com as equipes médicas. Assim, a proposta deste trabalho é reduzir os níveis de exposição de uma forma independente da equipe médica que esteja utilizando estes equipamentos. Propõese o uso de filtros adicionais na saída do tubo de raios X em três equipamentos de diferentes gerações, HEMOCOR SM Cardiologia Intervencionista, Instituto do Coração de Santa Maria ICOR e Hospital Universitário de Santa Maria - HUSM, com o objetivo principal de reduzir as radiações de baixa energia que aumentam a exposição do paciente e da equipe médica. A principal dificuldade a ser enfrentada com o uso dos filtros é a redução da qualidade da imagem, ou seja, a perda de informação visando o correto diagnóstico. Para quantificar-se a qualidade da imagem montou-se um simulador com placas de alumínio e com outros dispositivos nelas sobrepostos que possibilitam mensurar e comparar as imagens adquiridas. Para evitar-se dúvidas da avaliação das imagens geradas entre observadores (interobservadores) e mesmo entre o próprio observador (intra-observador), utilizouse métodos de análise de imagens (threshold, histograma, superfície 3D), onde pode-se medir a relação sinal ruído, a resolução espacial, o contraste e a definição da área do sinal. Utilizaram-se câmaras de ionização dispostas na posição da entrada da pele do paciente, na entrada do tubo intensificador de imagens e na posição do médico hemodinamicista para quantificar-se a redução das doses ao adicionar-se os filtros. Após a escolha do filtro ideal para cada tipo de equipamento mediu-se a dose efetiva do médico hemodinamicista, utilizando-se dosímetros pessoais durante os procedimentos clínicos. Estas doses efetivas foram comparadas com as obtidas sem o uso de filtros para os mesmos procedimentos clínicos. Desta forma pode-se quantificar a redução real da exposição da equipe médica. No caso do HUSM, no modo fluoroscopia a filtração adicional de 0,29 mm de Cu mais 1 mm de Al apresentou os melhores resultados, permitindo uma redução na Taxa de Kerma no Ar na Entrada da Pele do Paciente de 55,89% e uma redução da Taxa de Kerma no Ar a 70 cm de distância na direção do médico hemodinamicista de 38,8%. Já, no modo grafia, a filtração adicional de 0,29 mm de Cu mais 2 mm de Al apresentou os melhores resultados, permitindo uma redução na Taxa de Kerma no Ar na Entrada da Pele do Paciente de 80,3% e uma redução da Taxa de Kerma no Ar a 70 cm de distância na direção do médico hemodinamicista de 68,55%. Para o HEMOCOR, no modo fluoroscopia a filtração adicional de 0,29 mm de Cu mais 2 mm de Al apresentou os melhores resultados, permitindo uma redução na Taxa de Kerma no Ar na Entrada da Pele do Paciente de 48,81% e uma redução da Taxa de Kerma no Ar a 70 cm de distância na direção do médico hemodinamicista de 23,91%. Já, no modo grafia, a filtração adicional de 0,29 mm de Cu mais 2 mm de Al apresentou os melhores resultados, permitindo uma redução na Taxa de Kerma no Ar na Entrada da Pele do Paciente de 72,53% e uma redução da Taxa de Kerma no Ar a 70 cm de distância na direção do médico hemodinamicista de 52,30%. Para o ICOR, no modo fluoroscopia não foi possível coletar informações, pois o equipamento não gera imagens DICOM, nem mantém a última imagem no monitor. Já, no modo grafia, a filtração adicional de 0,58 mm de Cu mais 1 mm de Al apresentou os melhores resultados, permitindo uma redução na Taxa de Kerma no Ar na Entrada da Pele do Paciente de 87,27% e uma redução da Taxa de Kerma no Ar a 70 cm de distância na direção do médico hemodinamicista de 75%. Na análise da dosimetria pessoal realizada no HUSM, foi possível calcular uma redução global de dose de 55%. Desta forma pode-se afirmar que, com o uso dos filtros adicionais, a dose de radiação no paciente e equipes médicas pode ser reduzida sem prejuízo do diagnóstico. Esta redução é ainda mais significativa para os profissionais que trabalham em mais de um Serviço de Hemodinâmica.

Orientador: Diana Rodrigues de Pina / Resumo: A tomografia computadorizada (TC) é amplamente utilizada no diagnóstico e estadiamento de patologias da região de abdômen-pelve devido a sua alta sensibilidade e especificidade. A possibilidade de adquirir maior número de imagens em menor tempo e a maior disponibilidade de equipamentos levaram a um aumento significativo dos exames de TC e consequente aumento das doses efetivas globais fornecidas por esta modalidade. Desta forma, foram desenvolvidas ferramentas que buscam reduzir as doses de radiação dos exames sem perda da qualidade da imagem. Uma destas ferramentas é a modulação automática da corrente do tubo (automatic tube current modulation – ATCM), que permite a obtenção de exames que concordam com o princípio ALARA (as low as reasonably achievable). O objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade da imagem e as doses de radiação de diferentes protocolos de TC de abdômen-pelve com a ferramenta ATCM. Foram avaliados cinco protocolos de TC de abdômen-pelve com a ferramenta ATCM em dois tomógrafos distintos, um 16-canais e um 64 canais. Foi utilizado um fantoma antropomórfico para avaliações dosimétricas e um fantoma analítico para avaliações objetivas de qualidade da imagem. Para a análise subjetiva da qualidade da imagem, foram utilizados 15 exames retrospectivos de pacientes submetidos a TC de abdômen-pelve. Estes exames foram avaliados por um radiologista com experiência na área de tomografia de abdômen. As três análises forneceram informações que possibilitaram a escol... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um novo método para a simulação de redução da dose de radiação em imagens mamográficas clínicas. Assim, estudos sobre a influência da redução da dose de radiação no diagnóstico do câncer de mama podem ser realizados sem que o paciente se exponha a doses extras de radiação. Uma análise preliminar foi realizada para a caracterização do ruído produzido pelo equipamento mamográfico no processo de aquisição da imagem. Essa análise evidenciou a importância de um método local de simulação, uma vez que o ruído depende da posição ao longo do campo. O novo método proposto consiste em ajustar os níveis de cinza e adicionar uma máscara de ruído Poisson, dependente do sinal, nas imagens clínicas adquiridas com a dose de radiação padrão, simulando sua aquisição com doses de radiação reduzidas. A dependência entre ruído e sinal foi criada com o uso da transformada de Anscombe. O desempenho do método proposto foi avaliado utilizando-se imagens mamográficas de um phantom antropomórfico obtidas com diferentes doses de radiação. As imagens simuladas pelo método proposto foram comparadas com as imagens reais. A similaridade entre os espectros de ruído permitiu a comparação de métricas locais da imagem. O erro percentual entre os níveis de cinza das imagens reais e simuladas se manteve inferior a 1%. O ruído adicionado manteve um erro percentual inferior a 1%. Testes de t-Student mostraram que não existe diferença estatística significante (p < 0,05) entre as imagens reais e simuladas pelo método proposto. / This work aims to develop a new method for simulating reduction of the radiation dose in clinical digital mammography. Using such method, studies regarding the influence of dose reduction in cancer diagnosis can be performed without unnecessary exposure of patients to X-ray radiation. A preliminary study characterized the noise produced by the digital mammography equipment during the acquisition process. This analysis emphasized the importance of simulating noise locally, since noise is dependent on the spatial position of the pixel. Therefore, the proposed method consists of adjusting the gray levels and adding signal-dependent Poisson noise to images acquired at the standard radiation dose. Dependency between noise and signal was created using the Anscombe transformation. The performance of the proposed method was evaluated using mammographic images of an anthropomorphic phantom acquired at different radiation doses. Images simulated using the proposed method were compared to real images acquired using the clinical equipment. Similarity between noise power spectra and local metrics validated the similarity between images. The gray level of the simulated and real images were compared using local mean and reported averaged errors smaller than 1%. The added noise was also compared and the averaged error was smaller than 1%. Statistical Student\'s t-test tests showed no statistical difference (p < 0.05) between real images and the ones simulated using the proposed method.

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 como objetivo o desenvolvimento de um novo método para a simulação de redução da dose de radiação em imagens mamográficas clínicas. Assim, estudos sobre a influência da redução da dose de radiação no diagnóstico do câncer de mama podem ser realizados sem que o paciente se exponha a doses extras de radiação. Uma análise preliminar foi realizada para a caracterização do ruído produzido pelo equipamento mamográfico no processo de aquisição da imagem. Essa análise evidenciou a importância de um método local de simulação, uma vez que o ruído depende da posição ao longo do campo. O novo método proposto consiste em ajustar os níveis de cinza e adicionar uma máscara de ruído Poisson, dependente do sinal, nas imagens clínicas adquiridas com a dose de radiação padrão, simulando sua aquisição com doses de radiação reduzidas. A dependência entre ruído e sinal foi criada com o uso da transformada de Anscombe. O desempenho do método proposto foi avaliado utilizando-se imagens mamográficas de um phantom antropomórfico obtidas com diferentes doses de radiação. As imagens simuladas pelo método proposto foram comparadas com as imagens reais. A similaridade entre os espectros de ruído permitiu a comparação de métricas locais da imagem. O erro percentual entre os níveis de cinza das imagens reais e simuladas se manteve inferior a 1%. O ruído adicionado manteve um erro percentual inferior a 1%. Testes de t-Student mostraram que não existe diferença estatística significante (p < 0,05) entre as imagens reais e simuladas pelo método proposto. / This work aims to develop a new method for simulating reduction of the radiation dose in clinical digital mammography. Using such method, studies regarding the influence of dose reduction in cancer diagnosis can be performed without unnecessary exposure of patients to X-ray radiation. A preliminary study characterized the noise produced by the digital mammography equipment during the acquisition process. This analysis emphasized the importance of simulating noise locally, since noise is dependent on the spatial position of the pixel. Therefore, the proposed method consists of adjusting the gray levels and adding signal-dependent Poisson noise to images acquired at the standard radiation dose. Dependency between noise and signal was created using the Anscombe transformation. The performance of the proposed method was evaluated using mammographic images of an anthropomorphic phantom acquired at different radiation doses. Images simulated using the proposed method were compared to real images acquired using the clinical equipment. Similarity between noise power spectra and local metrics validated the similarity between images. The gray level of the simulated and real images were compared using local mean and reported averaged errors smaller than 1%. The added noise was also compared and the averaged error was smaller than 1%. Statistical Student\'s t-test tests showed no statistical difference (p < 0.05) between real images and the ones simulated using the proposed method.

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.

Esse trabalho apresenta uma nova metodologia para a correção do espectro de potência do ruído no processo de simulação de aquisições de imagens de tomossíntese digital mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT) com doses reduzidas de radiação. A simulação é realizada por meio da inserção de ruído quântico dependente do sinal em imagens previamente adquiridas com a dose padrão de radiação. A DBT utiliza a mesma tecnologia de raios X que a mamografia digital, porém com a capacidade de prover ao médico exames do volume tridimensional da mama, minimizando o problema de superposição de tecidos. Apesar de ser o sucessor da mamografia, estudos têm mostrado que a otimização da relação entre a dose de radiação e a qualidade da imagem adquirida ainda não está bem estabelecida na DBT. Devido à impossibilidade de realizar diversas exposições de radiação a uma mesma paciente para os estudos de otimização da dose de radiação, é desejável que exista um método capaz de simular com exatidão diversas exposições tendo como base uma imagem clínica de referência. Embora existam diversos métodos para a simulação da redução de dose em exames mamográficos, o mesmo não pode ser dito quanto a imagens de DBT. O método desenvolvido para simulação da redução da dose de radiação em imagens de DBT se baseia em uma abordagem de inserção de ruído por meio de uma transformada de estabilização de variância, que já foi utilizada para simulação da redução de dose em exames de mamografia digital. Porém, esse trabalho propõe a inclusão da correção do espectro de potência do ruído para otimizar o desempenho do método de inserção de ruído para exames de DBT. Os resultados obtidos mostraram que, quando comparando a imagens de referência, a as imagens simuladas apresentaram erro menores que 1% para a análise do valor médio e desvio padrão e erro próximo de 5% para a análise do espectro de potência, apresentado resultados até 64% melhores que métodos não otimizados para DBT. / This work presents a new methodology for noise power spectrum correction in the simulation of digital breast tomosynthesis (DBT) images with reduced dose of radiation. The simulation is performed by inserting a signal-dependent quantum noise into previously acquired images with the standard dose of radiation. Using the same X-ray technology as a standard mammography, the DBT is capable of reconstructing the inner tissues of the patients\' breasts as a three-dimensional volume, providing more resources for cancer detection than its bi-dimensional counterpart and minimizing tissue overlapping. Despite being the successor to mammography, studies have shown that the optimization of the relationship between radiation dose and image quality is not well established in DBT yet. Due to the impossibility of exposing the same patient to multiple exams with different doses each, a simulation method able to mimic clinical images with high reliability is desirable. Despite the number of methods proposed for dose reduction simulation in mammography, scarcely any may be used in DBT. The method developed for simulation of radiation dose reduction in DBT images is based on a noise insertion approach using a variance-stabilizing transformation, which has already been used to simulate dose reduction in digital mammography exams. However, this work proposes the inclusion of the noise power spectrum correction to optimize the performance of the noise insertion method for DBT exams. The results showed that, when compared with reference images, the simulated images achieved less than 1% error for mean and standard deviation values and close to 5% error for power spectrum analysis, improving in up to 64% when compared with non-optimized for DBT simulation methods.

In x-ray imaging, the x-ray radiation must be the minimum necessary to achieve the required diagnostic objective, to ensure the patients safety. However, low-dose acquisitions yield images with low quality, which affect the radiologists image interpretation. Therefore, there is a compromise between image quality and radiation dose. This work proposes an image restoration framework capable of restoring low-dose acquisitions to achieve the quality of full-dose acquisitions. The contribution of the new method includes the capability of restoring images with quantum and electronic noise, pixel offset and variable detector gain. To validate the image processing chain, a simulation algorithm was proposed. The simulation generates low-dose DBT projections, starting from fulldose images. To investigate the feasibility of reducing the radiation dose in breast cancer screening programs, a simulated pre-clinical trial was conducted using the simulation and the image processing pipeline proposed in this work. Digital breast tomosynthesis (DBT) images from 72 patients were selected, and 5 human observers were invited for the experiment. The results suggested that a reduction of up to 30% in radiation dose could not be perceived by the human reader after the proposed image processing pipeline was applied. Thus, the image processing algorithm has the potential to decrease radiation levels in DBT, also decreasing the cancer induction risks associated with the exam. / Em programas de rastreamento de câncer de mama, a dose de radiação deve ser mantida o mínimo necessário para se alcançar o diagnóstico, para garantir a segurança dos pacientes. Entretanto, imagens adquiridas com dose de radiação reduzida possuem qualidade inferior. Assim, existe um equilíbrio entre a dose de radiação e a qualidade da imagem. Este trabalho propõe um algoritmo de restauração de imagens capaz de recuperar a qualidade das imagens de tomossíntese digital mamária, adquiridas com doses reduzidas de radiação, para alcançar a qualidade de imagens adquiridas com a dose de referência. As contribuições do trabalho incluem a melhoria do modelo de ruído, e a inclusão das características do detector, como o ganho variável do ruído quântico. Para a validação a cadeia de processamento, um método de simulação de redução de dose de radiação foi proposto. Para investigar a possibilidade de redução de dose de radiação utilizada na tomossíntese, um estudo pré-clínico foi conduzido utilizando o método de simulação proposto e a cadeia de processamento. Imagens clínicas de tomossíntese mamária de 72 pacientes foram selecionadas e cinco observadores foram convidados para participar do estudo. Os resultados sugeriram que, após a utilização do processamento proposto, uma redução de 30% de dose de radiação pôde ser alcançada sem que os observadores percebessem diferença nos níveis de ruído e borramento. Assim, o algoritmo de processamento tem o potencial de reduzir os níveis de radiação na tomossíntese mamária, reduzindo também os riscos de indução do câncer de mama.

Esse trabalho apresenta uma nova metodologia para a correção do espectro de potência do ruído no processo de simulação de aquisições de imagens de tomossíntese digital mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT) com doses reduzidas de radiação. A simulação é realizada por meio da inserção de ruído quântico dependente do sinal em imagens previamente adquiridas com a dose padrão de radiação. A DBT utiliza a mesma tecnologia de raios X que a mamografia digital, porém com a capacidade de prover ao médico exames do volume tridimensional da mama, minimizando o problema de superposição de tecidos. Apesar de ser o sucessor da mamografia, estudos têm mostrado que a otimização da relação entre a dose de radiação e a qualidade da imagem adquirida ainda não está bem estabelecida na DBT. Devido à impossibilidade de realizar diversas exposições de radiação a uma mesma paciente para os estudos de otimização da dose de radiação, é desejável que exista um método capaz de simular com exatidão diversas exposições tendo como base uma imagem clínica de referência. Embora existam diversos métodos para a simulação da redução de dose em exames mamográficos, o mesmo não pode ser dito quanto a imagens de DBT. O método desenvolvido para simulação da redução da dose de radiação em imagens de DBT se baseia em uma abordagem de inserção de ruído por meio de uma transformada de estabilização de variância, que já foi utilizada para simulação da redução de dose em exames de mamografia digital. Porém, esse trabalho propõe a inclusão da correção do espectro de potência do ruído para otimizar o desempenho do método de inserção de ruído para exames de DBT. Os resultados obtidos mostraram que, quando comparando a imagens de referência, a as imagens simuladas apresentaram erro menores que 1% para a análise do valor médio e desvio padrão e erro próximo de 5% para a análise do espectro de potência, apresentado resultados até 64% melhores que métodos não otimizados para DBT. / This work presents a new methodology for noise power spectrum correction in the simulation of digital breast tomosynthesis (DBT) images with reduced dose of radiation. The simulation is performed by inserting a signal-dependent quantum noise into previously acquired images with the standard dose of radiation. Using the same X-ray technology as a standard mammography, the DBT is capable of reconstructing the inner tissues of the patients\' breasts as a three-dimensional volume, providing more resources for cancer detection than its bi-dimensional counterpart and minimizing tissue overlapping. Despite being the successor to mammography, studies have shown that the optimization of the relationship between radiation dose and image quality is not well established in DBT yet. Due to the impossibility of exposing the same patient to multiple exams with different doses each, a simulation method able to mimic clinical images with high reliability is desirable. Despite the number of methods proposed for dose reduction simulation in mammography, scarcely any may be used in DBT. The method developed for simulation of radiation dose reduction in DBT images is based on a noise insertion approach using a variance-stabilizing transformation, which has already been used to simulate dose reduction in digital mammography exams. However, this work proposes the inclusion of the noise power spectrum correction to optimize the performance of the noise insertion method for DBT exams. The results showed that, when compared with reference images, the simulated images achieved less than 1% error for mean and standard deviation values and close to 5% error for power spectrum analysis, improving in up to 64% when compared with non-optimized for DBT simulation methods.

In x-ray imaging, the x-ray radiation must be the minimum necessary to achieve the required diagnostic objective, to ensure the patients safety. However, low-dose acquisitions yield images with low quality, which affect the radiologists image interpretation. Therefore, there is a compromise between image quality and radiation dose. This work proposes an image restoration framework capable of restoring low-dose acquisitions to achieve the quality of full-dose acquisitions. The contribution of the new method includes the capability of restoring images with quantum and electronic noise, pixel offset and variable detector gain. To validate the image processing chain, a simulation algorithm was proposed. The simulation generates low-dose DBT projections, starting from fulldose images. To investigate the feasibility of reducing the radiation dose in breast cancer screening programs, a simulated pre-clinical trial was conducted using the simulation and the image processing pipeline proposed in this work. Digital breast tomosynthesis (DBT) images from 72 patients were selected, and 5 human observers were invited for the experiment. The results suggested that a reduction of up to 30% in radiation dose could not be perceived by the human reader after the proposed image processing pipeline was applied. Thus, the image processing algorithm has the potential to decrease radiation levels in DBT, also decreasing the cancer induction risks associated with the exam. / Em programas de rastreamento de câncer de mama, a dose de radiação deve ser mantida o mínimo necessário para se alcançar o diagnóstico, para garantir a segurança dos pacientes. Entretanto, imagens adquiridas com dose de radiação reduzida possuem qualidade inferior. Assim, existe um equilíbrio entre a dose de radiação e a qualidade da imagem. Este trabalho propõe um algoritmo de restauração de imagens capaz de recuperar a qualidade das imagens de tomossíntese digital mamária, adquiridas com doses reduzidas de radiação, para alcançar a qualidade de imagens adquiridas com a dose de referência. As contribuições do trabalho incluem a melhoria do modelo de ruído, e a inclusão das características do detector, como o ganho variável do ruído quântico. Para a validação a cadeia de processamento, um método de simulação de redução de dose de radiação foi proposto. Para investigar a possibilidade de redução de dose de radiação utilizada na tomossíntese, um estudo pré-clínico foi conduzido utilizando o método de simulação proposto e a cadeia de processamento. Imagens clínicas de tomossíntese mamária de 72 pacientes foram selecionadas e cinco observadores foram convidados para participar do estudo. Os resultados sugeriram que, após a utilização do processamento proposto, uma redução de 30% de dose de radiação pôde ser alcançada sem que os observadores percebessem diferença nos níveis de ruído e borramento. Assim, o algoritmo de processamento tem o potencial de reduzir os níveis de radiação na tomossíntese mamária, reduzindo também os riscos de indução do câncer de mama.