A knowledge of the fundamental optical properties of breast tissues is necessary in order to optimize transillumination imaging techniques for the diagnosis of breast disease. The optical absorption and scattering coefficients have been measured in normal and diseased breast tissues, over the range of wavelengths from 500 to 1100 nm. The tissues were obtained from surgical specimens, and consisted of normal glandular and adipose tissues, fibrocystic disease, fibroadenoma, and ductal carcinoma. Total attenuation coefficients were measured for thin slices of tissue obtained on a microtome. The diffuse reflectance and transmittance were measured for 1.0 mm thick samples of these tissues, using standard integrating sphere techniques. Monte Carlo simulations were performed to derive the scattering and absorption coefficients, as well as the mean cosine of the scattering angle. The results indicate that scatter exceeds absorption by at least two orders of magnitude. The absorption coefficients are strongly affected by the presence of blood, particularly at wavelengths below 600nm. The scattering coefficients lie in the range 30 mm to 90 mm-1 at 500 nm, and fall smoothly with increasing wavelength to between 10 mm and 50 mm at 1100 nm. The scatter coefficient for adipose tissue differs, in that it is invariant with wavelength over this spectral range. The scattered light, for all tissues examined, is highly forward peaked, with the mean cosine of the scattering angle in the range 0.945 to 0.985. This value remains constant with wavelength to within +/-0.01 for any given tissue. The absorption coefficients and scattering properties of each tissue type fall within distinct ranges at each wavelength. Fibrocystic disease and adipose tissue appear to be the most clearly distinguishable groups. The optical properties of carcinoma do not differ significantly from those of normal glandular tissues, although both groups differ from other tissue types. The implications of these results for imaging are yet to be determined. / Thesis / Master of Science (MS)

A radiação espalhada em radiodiagnóstico, como em mamografia, é usualmente considerada um problema, uma vez que degrada o contraste da imagem. No entanto, pesquisas recentes mostram que a distribuição angular de fótons espalhados (perfil de espalhamento) pode fornecer informações sobre as estruturas que compõem um tecido biológico, permitindo, a partir da análise desta, identificar a presença de anormalidades no tecido. Neste estudo, foram utilizadas as técnicas de espalhamento de raios X em médio (WAXS) e baixo (SAXS) ângulo para determinar o perfil de espalhamento de tecidos mamários previamente classificados como: tecidos normais (adiposo e fibroglandular), neoplasias benignas e malignas, usando um tubo de raios X e radiação síncrotron. Através das informações de cada perfil foi possível identificar algumas estruturas moleculares e supramoleculares presentes nos tecidos estudados. Além disso, foi construído um modelo de classificação baseado na análise de discriminante dos perfis de espalhamento, o qual permitiu classificar corretamente todas as amostras analisadas neste estudo, quando combinadas as informações das regiões de médio e baixo ângulo. Portanto, os resultados obtidos neste trabalho sugerem a possibilidade do desenvolvimento de novas técnicas radiológicas que permitiriam ampliar a capacidade de diagnóstico do câncer mamário. / Scattering radiation in diagnostic radiology, such as mammography, is usually considered a problem, since it degrades the image contrast. However, recent investigations show that the angular distribution of scattered photons (scattering profile) can provide information about the structures that compose a biological tissue, allowing, from the analysis of the scattering profile, identify the presence of abnormalities in the tissue. In this study, we have used the wide angle x-ray scattering (WAXS) and small angle x-ray scattering (SAXS) techniques to determine the scattering profiles of human breast tissues previously classified as: normal tissue (adipose and fibroglandular), benign or malignant neoplasia, using a x-ray tube and synchrotron radiation. Through the information provide by each profile was possible to identify some molecular and supramolecular structures present in these tissues. In addition, we built a classification model based on discriminant analysis of scattering profiles, which enabled the correct classification of all samples analyzed in this study, when combined information from WAXS and SAXS regions. Therefore, the results obtained in this work suggest the possibility of developing new radiological techniques would expand the capability of breast cancer diagnosis.

A radiação espalhada em radiodiagnóstico, como em mamografia, é usualmente considerada um problema, uma vez que degrada o contraste da imagem. No entanto, pesquisas recentes mostram que a distribuição angular de fótons espalhados (perfil de espalhamento) pode fornecer informações sobre as estruturas que compõem um tecido biológico, permitindo, a partir da análise desta, identificar a presença de anormalidades no tecido. A proposta deste trabalho foi desenvolver medidas do perfil de espalhamento a médio (WAXS) e baixo ângulo (SAXS) de tecidos mamários previamente classificados, como tecidos normais, alterações benignas ou malignas, usando um tubo de raios X e radiação Síncrotron e, posteriormente, identificar as estruturas moleculares e supramoleculares presentes nos tecidos estudados e verificar estatisticamente se as informações contidas conjuntamente nos perfis de espalhamento a médio e baixo ângulo permitem diferenciar tecidos normais de alterados. Este tipo de estudo é potencialmente importante na área da Saúde por estar associado ao desenvolvimento de novas técnicas radiológicas que permitiriam ampliar a capacidade de diagnóstico do câncer mamário. / Scattering radiation in diagnostic radiology, such as mammography, is usually considered a problem, since it degrades the image contrast. However, recent research shows that the angular distribution of scattered photons (scattering profile) can provide information on the structures that compose a biological tissue, allowing, from the analysis of this, identify the presence of abnormalities in the tissue. The purpose of this study was to develop measurements of scattering profile at wide angle x-ray scattering (WAXS) and small angle x-ray scattering (SAXS) from breast tissue previously classified as normal tissue, benign or malignant disease, using a x-ray tube and synchrotron radiation and, subsequently, identify molecular and supra-molecular structures present in these tissues studied and verify statistically, if the information contained in both scattering profiles at wide and small angle allow differentiate normal tissues of changed. This type of study is potentially important in the health area, since to be associated with the development of new radiological techniques that would allow to expand the ability of breast cancer diagnosis.

A radiação espalhada em radiodiagnóstico, como em mamografia, é usualmente considerada um problema, uma vez que degrada o contraste da imagem. No entanto, pesquisas recentes mostram que a distribuição angular de fótons espalhados (perfil de espalhamento) pode fornecer informações sobre as estruturas que compõem um tecido biológico, permitindo, a partir da análise desta, identificar a presença de anormalidades no tecido. A proposta deste trabalho foi desenvolver medidas do perfil de espalhamento a médio (WAXS) e baixo ângulo (SAXS) de tecidos mamários previamente classificados, como tecidos normais, alterações benignas ou malignas, usando um tubo de raios X e radiação Síncrotron e, posteriormente, identificar as estruturas moleculares e supramoleculares presentes nos tecidos estudados e verificar estatisticamente se as informações contidas conjuntamente nos perfis de espalhamento a médio e baixo ângulo permitem diferenciar tecidos normais de alterados. Este tipo de estudo é potencialmente importante na área da Saúde por estar associado ao desenvolvimento de novas técnicas radiológicas que permitiriam ampliar a capacidade de diagnóstico do câncer mamário. / Scattering radiation in diagnostic radiology, such as mammography, is usually considered a problem, since it degrades the image contrast. However, recent research shows that the angular distribution of scattered photons (scattering profile) can provide information on the structures that compose a biological tissue, allowing, from the analysis of this, identify the presence of abnormalities in the tissue. The purpose of this study was to develop measurements of scattering profile at wide angle x-ray scattering (WAXS) and small angle x-ray scattering (SAXS) from breast tissue previously classified as normal tissue, benign or malignant disease, using a x-ray tube and synchrotron radiation and, subsequently, identify molecular and supra-molecular structures present in these tissues studied and verify statistically, if the information contained in both scattering profiles at wide and small angle allow differentiate normal tissues of changed. This type of study is potentially important in the health area, since to be associated with the development of new radiological techniques that would allow to expand the ability of breast cancer diagnosis.

A radiação espalhada em radiodiagnóstico, como em mamografia, é usualmente considerada um problema, uma vez que degrada o contraste da imagem. No entanto, pesquisas recentes mostram que a distribuição angular de fótons espalhados (perfil de espalhamento) pode fornecer informações sobre as estruturas que compõem um tecido biológico, permitindo, a partir da análise desta, identificar a presença de anormalidades no tecido. Neste estudo, foram utilizadas as técnicas de espalhamento de raios X em médio (WAXS) e baixo (SAXS) ângulo para determinar o perfil de espalhamento de tecidos mamários previamente classificados como: tecidos normais (adiposo e fibroglandular), neoplasias benignas e malignas, usando um tubo de raios X e radiação síncrotron. Através das informações de cada perfil foi possível identificar algumas estruturas moleculares e supramoleculares presentes nos tecidos estudados. Além disso, foi construído um modelo de classificação baseado na análise de discriminante dos perfis de espalhamento, o qual permitiu classificar corretamente todas as amostras analisadas neste estudo, quando combinadas as informações das regiões de médio e baixo ângulo. Portanto, os resultados obtidos neste trabalho sugerem a possibilidade do desenvolvimento de novas técnicas radiológicas que permitiriam ampliar a capacidade de diagnóstico do câncer mamário. / Scattering radiation in diagnostic radiology, such as mammography, is usually considered a problem, since it degrades the image contrast. However, recent investigations show that the angular distribution of scattered photons (scattering profile) can provide information about the structures that compose a biological tissue, allowing, from the analysis of the scattering profile, identify the presence of abnormalities in the tissue. In this study, we have used the wide angle x-ray scattering (WAXS) and small angle x-ray scattering (SAXS) techniques to determine the scattering profiles of human breast tissues previously classified as: normal tissue (adipose and fibroglandular), benign or malignant neoplasia, using a x-ray tube and synchrotron radiation. Through the information provide by each profile was possible to identify some molecular and supramolecular structures present in these tissues. In addition, we built a classification model based on discriminant analysis of scattering profiles, which enabled the correct classification of all samples analyzed in this study, when combined information from WAXS and SAXS regions. Therefore, the results obtained in this work suggest the possibility of developing new radiological techniques would expand the capability of breast cancer diagnosis.