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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2011.tde-04042011-145820
Document
Author
Full name
Alessandra Tomal
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2011
Supervisor
Committee
Poletti, Martin Eduardo (President)
Costa, Alessandro Martins da
Ghilardi Netto, Thomaz
Marques, Paulo Mazzoncini de Azevedo
Medeiros, Regina Bitelli
Title in Portuguese
Estudo semianalítico da qualidade de imagem e dose em mamografia
Keywords in Portuguese
coeficiente de atenuação linear
dose glandular.
espectro de raios X
Mamografia
qualidade da imagem
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação.
Title in English
Semianalytical study of image quality and dose in mamography
Keywords in English
glandular breast dose.
image quality
linear attenuation coefficient
Mammography
x-ray spectrum
Abstract in English
In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.
 
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Tese_alessandra.pdf (2.92 Mbytes)
Publishing Date
2011-06-13
 
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