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

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

O câncer de mama é o tipo de câncer mais frequente entre as mulheres, sendo a mamografia a técnica mais utilizada para sua detecção. No entanto, essa técnica possui algumas limitações, como o baixo contraste, o qual pode ser associado, dentre outros fatores, a radiação espalhada. Apesar desse fato, novas técnicas baseadas na detecção do espalhamento vêm sendo empregadas em um vasto campo de aplicação, como na caracterização de materiais e tecidos biológicos. Há na literatura diversos estudos sobre perfil de espalhamento para a caracterização de tecidos mamários, porém ainda são poucos os estudos sobre imagem por espalhamento de mama e de otimização de contraste. Além disso, essas imagens são realizadas apenas em pequenas amostras de mama. Uma das possibilidades para o estudo de mamas de dimensões reais é a aplicação do método Monte Carlo (MC). Neste trabalho, foi estudado e otimizado um sistema de difração de raios X dispersivo em energia (SDRXDE) para medidas de perfis de espalhamento e um sistema para formação de imagens por espalhamento utilizando estas informações. O SDRXDE foi caracterizado experimentalmente, analiticamente e por simulação Monte Carlo, enquanto que o segundo sistema foi caracterizado analiticamente e por simulação Monte Carlo. Os resultados obtidos mostraram que as principais correções para o SDRXDE foram auto-atenuação, o espectro incidente, eficiência de detecção e múltiplo espalhamento. Outro fator importante que afeta o perfil de espalhamento resultante é a resolução de momento do sistema, o qual depende dos parâmetros geométricos (abertura dos colimadores, distâncias, ângulo de espalhamento e espessura da amostra) e da resolução de energia do detector. Os resultados para o sistema de imagem mostram claramente a capacidade dessas imagens na detecção de um nódulo no interior da mama. A respeito da otimização das condições de irradiação da mama e detecção da radiação espalhada, os resultados alcançados demostram a viabilidade experimental da geração destas imagens num ambiente clínico. / Breast cancer is the most frequent type of cancer among women, being mammography the technique more used for its detection. However, this technique presents some limitations, such as low contrast, which may be associated with scattered radiation. Thus, new scatterinng detection techniques have been employed in different fields such as characterization of biological materials and tissues, such as characterization of scattering profile for breast tissue, although there are still few studies on breast image and contrast optimization. Moreover, the images are originated from small breast samples. In this context, one of the possibilities for the study of actual breast dimensions is the application of the Monte Carlo method. Thus, this work studied optimized an energy X ray diffraction system (EDXRD) for measures of scattering profile and developed a system for imaging using this information. The EDXRD system was studied and optimized by experimentally, analytically and Monte Carlo simulation, while the image system was studied analytically and simulated by Monte Carlo. The results showed that the main corrections for the EDXRD system are self-attenuation, incident spectrum, detection eficiency and multiple scattering. Another important factor that affects scattering profile is the system momentum resolution, which depends on geometric parameters (collimator aperture, distances, scattering angle and sample thickness) and detector energy resolution. The results for the imaging system showed that a nodule could be detected within the breast. Finaly the optimizations of breast radiation conditions and radiation detection showed the viability of generating experimental scattering images in clinical environment.