Este trabalho trata, inicialmente, de uma extensa investigação acerca do efeito que o processo de digitalização da imagem exerce num esquema de processamento de imagens em mamografia. Como todas as etapas de processamento tomam por base a imagem original digitalizada, os diferentes equipamentos, tecnologias, softwares de aquisição e características do processo contribuem para produzir diferentes aspectos na digitalização de um mesmo filme mamográfico. Por conseguinte, as etapas envolvidas do pré-processamento à classificação, passando principalmente pela segmentação dessas imagens, poderão produzir diferentes resultados dependendo da fidelidade da imagem digital em relação à mamografia original. Assim, essa pesquisa focaliza uma avaliação comparativa das características das imagens mamográficas adquiridas em diferentes sistemas de digitalização, tomando por base o efeito que esse processo exerce na sensibilidade de módulos de um esquema CAD (de Computer-Aided Diagnosis) previamente desenvolvido em nosso grupo. Com base nisso, propõe-se um modelo computacional que permite compensar as eventuais degradações introduzidas no processo de digitalização, em busca de uma maior uniformidade das imagens mamográficas digitais, independentemente do equipamento utilizado na digitalização. Testes conduzidos com as imagens digitais geradas em vários sistemas diferentes - desde equipamentos mais comuns, com adaptadores de transparência, até os mais sofisticados, com varredura a laser, e de alto custo - utilizando o driver de digitalização aqui proposto mostraram que houve um aumento da sensibilidade na detecção de microcalcificações para todos os casos em relação à utilização das imagens originalmente digitalizadas sem a aplicação do modelo. Além disso, foi significativa também a redução na taxa de falsos-positivos (entre 70 e 90%) nas mesmas condições. Como efeito, a presente proposta torna acessível a qualquer instituição radiológica a possibilidade de aplicação de esquemas de processamento para auxiliar a detecção e/ou diagnóstico de estruturas suspeitas em mamografia, mesmo que utilizando digitalizadores menos sofisticados - e, portanto, de menor custo - para a produção das imagens mamográficas digitais e sem perda de qualidade do desempenho. / This work corresponds to an extensive investigation on the effect of the image digitization process on an image processing scheme in mammography. As all the processing steps are based on a digitized image, different equipment, technologies, acquisition softwares and characteristics regarding such a procedure contribute to yield different features during the digitization of a same mammographic film. As a consequence, all the steps since the pre-processing up to the classification, mainly the images segmentation, could give different results depending on the digital image fidelity relatively to the original mammogram. Therefore, this research concentrates on a comparative evaluation of mammographic images acquired from several digitization systems, concerning the effect of this procedure on the sensitivity of a CAD scheme sections previously developed in our research group. A computer model is proposed in order to compensate some flaws introduced in the digitization procedure. The purpose is assuring more uniformity to the digital mammography images, no matter the digitizer used. Tests with digital images from several different systems - since common equipment, with transparency adaptors, up to the most expensive and sophisticated, with laser scanning - by using the digitization driver proposed in this work have shown an increase in microcalcifications detection sensitivity for all cases relatively to the use of original digitized images without making use of the proposed model. Furthermore, the reduction in false positive rates was significant (from 70% up to 90%) in the same conditions. Therefore, the current application makes possible to any radiological institution the use of processing schemes to aid the detection and/or diagnosis of suspect structures in mammography, even using less sophisticated - and thus, with low cost - digitizers and keeping the performance quality.

Este trabalho trata, inicialmente, de uma extensa investigação acerca do efeito que o processo de digitalização da imagem exerce num esquema de processamento de imagens em mamografia. Como todas as etapas de processamento tomam por base a imagem original digitalizada, os diferentes equipamentos, tecnologias, softwares de aquisição e características do processo contribuem para produzir diferentes aspectos na digitalização de um mesmo filme mamográfico. Por conseguinte, as etapas envolvidas do pré-processamento à classificação, passando principalmente pela segmentação dessas imagens, poderão produzir diferentes resultados dependendo da fidelidade da imagem digital em relação à mamografia original. Assim, essa pesquisa focaliza uma avaliação comparativa das características das imagens mamográficas adquiridas em diferentes sistemas de digitalização, tomando por base o efeito que esse processo exerce na sensibilidade de módulos de um esquema CAD (de Computer-Aided Diagnosis) previamente desenvolvido em nosso grupo. Com base nisso, propõe-se um modelo computacional que permite compensar as eventuais degradações introduzidas no processo de digitalização, em busca de uma maior uniformidade das imagens mamográficas digitais, independentemente do equipamento utilizado na digitalização. Testes conduzidos com as imagens digitais geradas em vários sistemas diferentes - desde equipamentos mais comuns, com adaptadores de transparência, até os mais sofisticados, com varredura a laser, e de alto custo - utilizando o driver de digitalização aqui proposto mostraram que houve um aumento da sensibilidade na detecção de microcalcificações para todos os casos em relação à utilização das imagens originalmente digitalizadas sem a aplicação do modelo. Além disso, foi significativa também a redução na taxa de falsos-positivos (entre 70 e 90%) nas mesmas condições. Como efeito, a presente proposta torna acessível a qualquer instituição radiológica a possibilidade de aplicação de esquemas de processamento para auxiliar a detecção e/ou diagnóstico de estruturas suspeitas em mamografia, mesmo que utilizando digitalizadores menos sofisticados - e, portanto, de menor custo - para a produção das imagens mamográficas digitais e sem perda de qualidade do desempenho. / This work corresponds to an extensive investigation on the effect of the image digitization process on an image processing scheme in mammography. As all the processing steps are based on a digitized image, different equipment, technologies, acquisition softwares and characteristics regarding such a procedure contribute to yield different features during the digitization of a same mammographic film. As a consequence, all the steps since the pre-processing up to the classification, mainly the images segmentation, could give different results depending on the digital image fidelity relatively to the original mammogram. Therefore, this research concentrates on a comparative evaluation of mammographic images acquired from several digitization systems, concerning the effect of this procedure on the sensitivity of a CAD scheme sections previously developed in our research group. A computer model is proposed in order to compensate some flaws introduced in the digitization procedure. The purpose is assuring more uniformity to the digital mammography images, no matter the digitizer used. Tests with digital images from several different systems - since common equipment, with transparency adaptors, up to the most expensive and sophisticated, with laser scanning - by using the digitization driver proposed in this work have shown an increase in microcalcifications detection sensitivity for all cases relatively to the use of original digitized images without making use of the proposed model. Furthermore, the reduction in false positive rates was significant (from 70% up to 90%) in the same conditions. Therefore, the current application makes possible to any radiological institution the use of processing schemes to aid the detection and/or diagnosis of suspect structures in mammography, even using less sophisticated - and thus, with low cost - digitizers and keeping the performance quality.

O presente trabalho consiste na elaboração de uma metodologia envolvendo técnicas computacionais para proporcionar informações provenientes de avaliação de qualidade de equipamentos mamográficos. A investigação conduzida levou em conta, além da necessária determinação de parâmetros operacionais - como tensão de pico (kVp), corrente de tubo, ponto focal, dose, tempo de exposição, camada semi-redutora -, a influência das características do digitalizador usado no processo de digitalização das imagens a ser avaliadas pelo esquema computacional, seja esse um sistema de aquisição digital direta ou indireta. Dessa forma, foi elaborado um protocolo de pré-processamento da imagem para compensar os efeitos do digitalizador antes da avaliação dos parâmetros de qualidade através dela. Simultaneamente ao desenvolvimento dos softwares necessários ao esquema, foi projetado e desenvolvido um simulador radiográfico para servir como instrumento para obtenção tanto das imagens a ser processadas pelo modelo computacional, como dos dados referentes aos parâmetros operacionais. O sistema foi desenvolvido tomando um mamógrafo calibrado e um instrumento de precisão como referências e testado em outros equipamentos mamográficos em operação em clínicas e hospitais. Os resultados foram consistentes com as análises comparativas utilizando as referências, o que podem fazer do sistema uma ferramenta útil na avaliação de qualidade em mamografia. / The present work consists on developing a computational methodology to provide information regarding to mammographic equipment quality evaluation. This investigation have taken into account, beyond the required operational parameters, such as kVp, electrical current, focal point, dose, exposition time, half-value layer, the influence of the film digitizer utilized for digitization process on the images to be evaluated by the computational scheme, either this a system of direct or indirect digital acquisition. Like so, it was elaborated an image pre-processing protocol to compensate the digitization effect on digital image, before the evaluation of quality control parameters through itself. Simultaneously to the development of the necessary software to the system, a radiographic phantom was developed to be used for achievement of either the images to be processed by the computational model, as operational parameters data. The system was developed taking calibrated mammographic equipment and a precise measurement instrument as references, besides, it was tested in other mammographic equipment in operation on clinics and hospitals. Results had shown consistent with the comparative analyses using those references, which can turn this system a useful tool for evaluation of mammography quality.

O presente trabalho consiste na elaboração de uma metodologia envolvendo técnicas computacionais para proporcionar informações provenientes de avaliação de qualidade de equipamentos mamográficos. A investigação conduzida levou em conta, além da necessária determinação de parâmetros operacionais - como tensão de pico (kVp), corrente de tubo, ponto focal, dose, tempo de exposição, camada semi-redutora -, a influência das características do digitalizador usado no processo de digitalização das imagens a ser avaliadas pelo esquema computacional, seja esse um sistema de aquisição digital direta ou indireta. Dessa forma, foi elaborado um protocolo de pré-processamento da imagem para compensar os efeitos do digitalizador antes da avaliação dos parâmetros de qualidade através dela. Simultaneamente ao desenvolvimento dos softwares necessários ao esquema, foi projetado e desenvolvido um simulador radiográfico para servir como instrumento para obtenção tanto das imagens a ser processadas pelo modelo computacional, como dos dados referentes aos parâmetros operacionais. O sistema foi desenvolvido tomando um mamógrafo calibrado e um instrumento de precisão como referências e testado em outros equipamentos mamográficos em operação em clínicas e hospitais. Os resultados foram consistentes com as análises comparativas utilizando as referências, o que podem fazer do sistema uma ferramenta útil na avaliação de qualidade em mamografia. / The present work consists on developing a computational methodology to provide information regarding to mammographic equipment quality evaluation. This investigation have taken into account, beyond the required operational parameters, such as kVp, electrical current, focal point, dose, exposition time, half-value layer, the influence of the film digitizer utilized for digitization process on the images to be evaluated by the computational scheme, either this a system of direct or indirect digital acquisition. Like so, it was elaborated an image pre-processing protocol to compensate the digitization effect on digital image, before the evaluation of quality control parameters through itself. Simultaneously to the development of the necessary software to the system, a radiographic phantom was developed to be used for achievement of either the images to be processed by the computational model, as operational parameters data. The system was developed taking calibrated mammographic equipment and a precise measurement instrument as references, besides, it was tested in other mammographic equipment in operation on clinics and hospitals. Results had shown consistent with the comparative analyses using those references, which can turn this system a useful tool for evaluation of mammography quality.

Analog-to-digital converter (ADC) is the main workhorse in a digital waveform recorder. Strictly speaking, an ADC is supposed to perform uniformly, irrespective of the characteristics of the signal to be acquired. However, because of certain hardware related inconsistencies, its performance declines, particularly, when acquiring non-repetitive, fast-rising, high frequency signals. The error and distortion contributed due to its declining performance, for the entire range of signals, can be comprehensively characterized by the static and dynamic nonlinearities. Actual testing of ADCs is the only way of estimating these indices. These characteristics reveal information at the microscopic level, such as bit-level aberrations, code transitions, response and settling trends, etc. These tests attain greater significance, when the digitizer is part of a reference measuring or a calibration system, because, the levels of accuracies to be achieved in such a setup may become comparable to the error introduced by the ADC. Hence, testing ADCs is a priority. International and national standards exist for testing digital waveform recorders and ADCs. For several years, the matter related to reducing static test time of high-resolution ADCs was highlighted through many publications. A critical examination of the literature indicates the major schools-of-thought pursued so far, are, (i) refinements to ramp/triangular signal based static testing, (ii) proposals for use of alternative methods and/or test signals for static test, (iii) innovative ways of achieving a relaxation in signal source requirements and, (iv) efforts to combine static and dynamic test into a single test with an appropriate test signal. As a consequence of the literature review, objectives of the thesis were formulated. They attempt to resolve- (i) Conceive a suitable test signal for simultaneous estimation of static and dynamic nonlinearity through a single test (ii) Explore possibility of employing a low-linearity ramp signal to estimate static nonlinearity (iii) Estimating static nonlinearity by exploiting linearity property of a sine signal • In the first part of the thesis, a method is proposed for the concurrent estimation of static and dynamic nonlinearity characteristics of an ADC, with the application of a single test signal. The novelty arises from the fact that the test signal proposed is new, and so is the concept of extracting the static and dynamic nonlinearity from the ADC output. This was achieved by conceiving a test signal, comprising of a high frequency sinusoid (which addresses the dynamic requirement), modulated by a low frequency ramp (which addresses the static requirement). • Static characteristics of an ADC can be determined directly from the histogram-based quasi-static approach by measuring the ADC output, when excited by an ideal ramp/triangular signal of sufficiently low frequency. This approach requires only a fraction of time compared to the conventional DC test, is straightforward, easy to implement, and, in principle is an accepted method as per the revised IEEE-1057. However, the only drawback is that ramp signal sources are not ideal. Thus, nonlinearity present in the ramp signal gets superimposed on the measured ADC characteristics, which renders them, as such, unusable. The second part of the work describes a proposal to get rid of the ramp signal nonlinearity, before it is applied to the ADC. A simple method is presented which employs a low-linearity ramp signal, but yet causes only a fraction of influence on the measured ADC static characteristics. • The third part of the thesis describes a novel method to estimate the actual static characteristics of an ADC using a low frequency sine signal, say, less than 10 Hz, by employing the histogram-based approach. It is based on the well known fact that variation of sine signal is ‘reasonably linear,’ when the angle is small. In the proposed method, the ADC under test has to be ‘fed’ with this ‘linear’ portion of the sine wave. Due to harmonics and offset in input excitation, this ‘linear’ part of the sine signal is marginally different, compared to an ideal ramp signal of equal amplitude. However, since it is a sinusoid, this difference can be accurately determined and later compensated from the measured ADC output. Thus, the corrected ADC output will correspond to the true ADC static nonlinearity. The proposed approach successfully addresses all the three concerns while estimating static linearity, i.e. it is time-efficient, excites all the ADC code-bins reasonably uniformly and tackles the source linearity issue quite nicely. These proposals are novel, simple, easy to implement, time-efficient and importantly static nonlinearity characteristics determined from them are in good agreement with that estimated by the original DC-based technique. Implementation of each method is discussed along with experimental results, for two 8-bit digital oscilloscopes and a 10-bit real time digitizer. Further details are presented in the thesis.