O conhecimento do coeficiente de atenuação linear (µ) é de extrema importância para estudos de contraste em imagens de radiodiagnóstico, dose e caracterização de materiais. Parâmetros como a densidade eletrônica (?e), o número atômico médio (Z¯), entre outros, podem ser determinados a partir do coeficiente de atenuação linear em diferentes energias. A proposta deste trabalho é determinar experimentalmente coeficientes de atenuação linear de 80 amostras de tecidos mamários (classificadas previamente como tecido adiposo, tecido glandular, fibroadenoma ou carcinomas) e, posteriormente, extrair parâmetros que possibilitem a caracterização e diferenciação desses tecidos. Os coeficientes de atenuação linear foram medidos usando geometria de feixe estreito, no intervalo de energia entre 10 e 50 keV, utilizando um tubo de raios X com anodo de tungstênio (W) e um detector dispersivo em energia de Si (SDD). Dois modelos de parametrizações foram utilizadas para extrair ?e e Z¯. As metodologias de determinação de µ e de parametrização foram validadas utilizando 8 materiais equivalentes a tecido (4 soluções e 4 sólidos). Os resultados obtidos para tecidos mamários foram comparados com predições teóricas, obtidas usando a regra das misturas, e com dados experimentais previamente publicados, apresentando diferenças máximas de até 7%. Foram também estudadas as variações de µ intra- e inter-amostras de um mesmo grupo, obtendo variações máximas de 5% e 12%, respectivamente. Foi mostrado que o coeficiente de atenuação linear consegue distinguir apenas o tecido adiposo dos demais grupos de tecidos para energia menores de 24 keV. Finalmente, foi elaborado um modelo de diagnóstico, baseados nos parâmetros ?e e Z¯. As análises estatísticas mostram que 71% das amostras foram classificadas corretamente. / The knowledge of the linear attenuation coefficient (µ) is of extreme importance for radiodiagnostic image contrast studies, dose and material characterization. Parameters as electronic density (?e), average atomic number (Z¯), among others, can be determined using the linear attenuation coefficient at different energies. The purpose of this work is to experimentally determine the linear attenuation coefficient of 80 mammary tissues samples (classified as adipose tissue, glandular tissue, fibroadenoma or carcinoma) and then extract parameters that allow the characterization and differentiation of those tissues. The linear attenuation coefficients were measured using narrow bean geometry, with an energy interval between 10 and 50 keV, using a x-ray tube with a tungsten (W) anode and a Silicon energy dispersive detector (SDD). Two parameterization models were used to extract ?e and Z¯. The methodologies of determination of µ and parameterizations were validated using 8 tissue equivalent materials (4 solutions and 4 solids). The results obtained for mammary tissues were compared with theoretical predictions, using the mixture rule, and with previously published experimental data, presenting maximum differences of 7%. Intra and between samples variations of the same group were also studied, obtaining maximum variations of 5% and 12%, respectively. The linear attenuation coefficient was able to differentiate only the adipose tissue from others tissues groups, for energies below 24 keV. At last, a diagnostic model was elaborated, based on ?e and Z¯ parameters. The statistical analysis showed that 71% of the samples were correctly classified.

O conhecimento do coeficiente de atenuação linear (µ) é de extrema importância para estudos de contraste em imagens de radiodiagnóstico, dose e caracterização de materiais. Parâmetros como a densidade eletrônica (?e), o número atômico médio (Z¯), entre outros, podem ser determinados a partir do coeficiente de atenuação linear em diferentes energias. A proposta deste trabalho é determinar experimentalmente coeficientes de atenuação linear de 80 amostras de tecidos mamários (classificadas previamente como tecido adiposo, tecido glandular, fibroadenoma ou carcinomas) e, posteriormente, extrair parâmetros que possibilitem a caracterização e diferenciação desses tecidos. Os coeficientes de atenuação linear foram medidos usando geometria de feixe estreito, no intervalo de energia entre 10 e 50 keV, utilizando um tubo de raios X com anodo de tungstênio (W) e um detector dispersivo em energia de Si (SDD). Dois modelos de parametrizações foram utilizadas para extrair ?e e Z¯. As metodologias de determinação de µ e de parametrização foram validadas utilizando 8 materiais equivalentes a tecido (4 soluções e 4 sólidos). Os resultados obtidos para tecidos mamários foram comparados com predições teóricas, obtidas usando a regra das misturas, e com dados experimentais previamente publicados, apresentando diferenças máximas de até 7%. Foram também estudadas as variações de µ intra- e inter-amostras de um mesmo grupo, obtendo variações máximas de 5% e 12%, respectivamente. Foi mostrado que o coeficiente de atenuação linear consegue distinguir apenas o tecido adiposo dos demais grupos de tecidos para energia menores de 24 keV. Finalmente, foi elaborado um modelo de diagnóstico, baseados nos parâmetros ?e e Z¯. As análises estatísticas mostram que 71% das amostras foram classificadas corretamente. / The knowledge of the linear attenuation coefficient (µ) is of extreme importance for radiodiagnostic image contrast studies, dose and material characterization. Parameters as electronic density (?e), average atomic number (Z¯), among others, can be determined using the linear attenuation coefficient at different energies. The purpose of this work is to experimentally determine the linear attenuation coefficient of 80 mammary tissues samples (classified as adipose tissue, glandular tissue, fibroadenoma or carcinoma) and then extract parameters that allow the characterization and differentiation of those tissues. The linear attenuation coefficients were measured using narrow bean geometry, with an energy interval between 10 and 50 keV, using a x-ray tube with a tungsten (W) anode and a Silicon energy dispersive detector (SDD). Two parameterization models were used to extract ?e and Z¯. The methodologies of determination of µ and parameterizations were validated using 8 tissue equivalent materials (4 solutions and 4 solids). The results obtained for mammary tissues were compared with theoretical predictions, using the mixture rule, and with previously published experimental data, presenting maximum differences of 7%. Intra and between samples variations of the same group were also studied, obtaining maximum variations of 5% and 12%, respectively. The linear attenuation coefficient was able to differentiate only the adipose tissue from others tissues groups, for energies below 24 keV. At last, a diagnostic model was elaborated, based on ?e and Z¯ parameters. The statistical analysis showed that 71% of the samples were correctly classified.

Sistemas ultrassônicos tiveram uma evolução tecnológica nos últimos anos e isso permitiu que seus recursos de hardware e software pudessem ser explorados para extrair informações, auxiliando em diagnósticos e tratamentos mais eficazes. Através da análise do comportamento mecânico de tecidos moles, técnicas como elastografia estática, vibroacustografia, elastografia transiente e elastografia remota tiveram seu papel reconhecido na complementação do diagnóstico clínico. Contudo, a propagação destas técnicas na medicina tem sido restringida pela acessibilidade às tecnologias utilizadas, ausências de parâmetros quantitativos, dificuldade da excitação em estruturas profundas e acesso a informações em níveis moleculares. Este estudo aborda o desenvolvimento de um protocolo para efetuar medidas quantitativas de viscoelasticidade em tecidos moles marcados com nanopartículas de óxido de ferro usando excitação magnética e medição ultrassônica. Ao aplicar uma força magnética pulsada em um meio fluido marcado com nanopartículas magnéticas, um movimento é induzido, gerando uma onda de cisalhamento que se propaga pelo tecido. A propagação dessa onda é mapeada usando a técnica de ultrassom pulso-eco e processamento de dados usando métricas de similaridades entre ecos (mapa de rf) consecutivos. Nos estudos realizados em mimetizadores de tecidos moles (phantom) com características mecânicas equivalentes ao tecido biológico, a amplitude de deslocamento dessas ondas é da ordem de micrometro. Através da medida da velocidade deslocamento dessa onda avaliou-se o melhor modelo reológico para quantificar os parâmetros mecânicos de viscosidade e elasticidade. Os resultados mostraram a eficiência desta técnica ao quantificar os valores viscoelásticos condizentes com a literatura e a comprovação da análise de tecidos moles marcado com nanopartículas excitadas com campo magnético de baixa intensidade, possibilitando uma avaliação em âmbito molecular em tecidos moles. / Ultrasonic systems had a technological development in recent years and allowed their hardware and software resources could be exploited to extract information, assisting in more effective diagnosis and treatment. Through the mechanical behavior analysis of soft tissue techniques such as static elastography, vibroacoustography, transient elastography and remote elastography had recognized role in complementing clinical diagnosis. However, the spread of these techniques in medicine has been restricted by accessibility to the technologies used, quantitative parameters absences, difficulty of deep structures access and information on molecular levels. This study addresses the development of a protocol to make quantitative measurements of viscoelastic soft tissue labeled with iron oxide nanoparticles using magnetic excitation and ultrasonic measurement. By applying a pulsed magnetic force in a fluid medium labeled with magnetic nanoparticles, a motion is induced, generating a shear wave that propagates through the tissue. The propagation of this wave is mapped using the pulse-echo ultrasound technique and data processing using similarities measurements between echoes (rf map) consecutive. In studies of soft tissue-mimicking phantom with mechanical properties equivalent to the biological tissue, the displacement amplitude of these waves is of micrometer order. By measuring the shear wave velocity, it was evaluated the best rheological model for quantifying mechanical parameters of viscosity and elasticity. The results showed the efficiency of this technique to quantify the viscoelastic values consistent with the literature and the evidence of soft tissue analysis labeled excited nanoparticles with low intensity magnetic field, providing an assessment on the molecular level in soft tissues.

Sistemas ultrassônicos tiveram uma evolução tecnológica nos últimos anos e isso permitiu que seus recursos de hardware e software pudessem ser explorados para extrair informações, auxiliando em diagnósticos e tratamentos mais eficazes. Através da análise do comportamento mecânico de tecidos moles, técnicas como elastografia estática, vibroacustografia, elastografia transiente e elastografia remota tiveram seu papel reconhecido na complementação do diagnóstico clínico. Contudo, a propagação destas técnicas na medicina tem sido restringida pela acessibilidade às tecnologias utilizadas, ausências de parâmetros quantitativos, dificuldade da excitação em estruturas profundas e acesso a informações em níveis moleculares. Este estudo aborda o desenvolvimento de um protocolo para efetuar medidas quantitativas de viscoelasticidade em tecidos moles marcados com nanopartículas de óxido de ferro usando excitação magnética e medição ultrassônica. Ao aplicar uma força magnética pulsada em um meio fluido marcado com nanopartículas magnéticas, um movimento é induzido, gerando uma onda de cisalhamento que se propaga pelo tecido. A propagação dessa onda é mapeada usando a técnica de ultrassom pulso-eco e processamento de dados usando métricas de similaridades entre ecos (mapa de rf) consecutivos. Nos estudos realizados em mimetizadores de tecidos moles (phantom) com características mecânicas equivalentes ao tecido biológico, a amplitude de deslocamento dessas ondas é da ordem de micrometro. Através da medida da velocidade deslocamento dessa onda avaliou-se o melhor modelo reológico para quantificar os parâmetros mecânicos de viscosidade e elasticidade. Os resultados mostraram a eficiência desta técnica ao quantificar os valores viscoelásticos condizentes com a literatura e a comprovação da análise de tecidos moles marcado com nanopartículas excitadas com campo magnético de baixa intensidade, possibilitando uma avaliação em âmbito molecular em tecidos moles. / Ultrasonic systems had a technological development in recent years and allowed their hardware and software resources could be exploited to extract information, assisting in more effective diagnosis and treatment. Through the mechanical behavior analysis of soft tissue techniques such as static elastography, vibroacoustography, transient elastography and remote elastography had recognized role in complementing clinical diagnosis. However, the spread of these techniques in medicine has been restricted by accessibility to the technologies used, quantitative parameters absences, difficulty of deep structures access and information on molecular levels. This study addresses the development of a protocol to make quantitative measurements of viscoelastic soft tissue labeled with iron oxide nanoparticles using magnetic excitation and ultrasonic measurement. By applying a pulsed magnetic force in a fluid medium labeled with magnetic nanoparticles, a motion is induced, generating a shear wave that propagates through the tissue. The propagation of this wave is mapped using the pulse-echo ultrasound technique and data processing using similarities measurements between echoes (rf map) consecutive. In studies of soft tissue-mimicking phantom with mechanical properties equivalent to the biological tissue, the displacement amplitude of these waves is of micrometer order. By measuring the shear wave velocity, it was evaluated the best rheological model for quantifying mechanical parameters of viscosity and elasticity. The results showed the efficiency of this technique to quantify the viscoelastic values consistent with the literature and the evidence of soft tissue analysis labeled excited nanoparticles with low intensity magnetic field, providing an assessment on the molecular level in soft tissues.