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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2021.tde-09122021-171940
Documento
Autor
Nome completo
Leonardo Diniz Hipolito Soares
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2021
Orientador
Banca examinadora
Poletti, Martin Eduardo (Presidente)
Antoniassi, Marcelo
Gómez, Sergio Leonardo
Moralles, Mauricio
Pérez, Roberto Daniel
Potiens, Maria da Penha Albuquerque
Título em português
Imagens de densidade eletrônica e número atômico efetivo de tecidos mamários obtidas através de imagens de CT monoenergéticas (CT multienergias) e CT dupla energia (DECT)
Palavras-chave em português
Caracterização de tecidos
Coeficiente de atenuação linear
Densidade eletrônica
Número atômico efetivo
Tomografia computadorizada
Tomografia computadorizada quantitativa
Resumo em português
A partir de aparelhos de CT multienergias, com detectores dispersivos em energia, e de dupla energia (DECT), imagens de CT podem ser combinadas para formar novas imagens de densidade eletrônica (ρe) e número atômico efetivo (Zeff ). O objetivo deste trabalho é estudar e avaliar parametrizações que possam ser utilizadas para a obtenção da densidade eletrônica e número atômico efetivo, além de outros parâmetros, a partir dos números de CT em diferentes energias e utilizá-las para formar novas imagens baseadas nestes parâmetros, com especial atenção às imagens de CT da mama. Inicialmente, foi utilizado um arranjo experimental para determinar o coeficiente de atenuação linear de materiais equivalentes e de tecidos biológicos, aliada a uma nova metodologia para melhorar a estatística de contagens nas medidas, permitindo reduzir as incertezas experimentais a 4%. Foram estudadas e aplicadas quatro parametrizações para a obtenção da ρe e Zeff, uma baseada em equações de potência para Z e E separáveis(PALP) , outra utilizando um elemento atômico de referência (PET), uma utilizando a seção de choque eletrônica (PSCE)e outra a partir de 2 materiais de referência(base) (PMB). Os resultados indicam que as parametrizações possuem baixa dependência energética, no entanto, são sensíveis às incertezas experimentais, o que limita o uso prático de algumas parametrizações. As parametrizações PMB, PET e PALP, menos sensíveis, foram aplicadas em imagens simuladas de CT monoenergéticas (CT multienergias) e de CT polienergéticas (DECT), para materiais conhecidos e tecidos simulados, para avaliar aspectos quantitativos (ρe e Zeff ) e qualitativos (visualização das imagens). Quanto ao aspecto quantitativo, todas as parametrizações conseguiram estimar a ρe e Zeff dos tecidos de maneira satisfatória tanto para imagens monoenergéticas quanto polienergéticas, sendo que a PALP obteve os resultados mais próximos do esperado, principalmente ao se combinar imagens de energias mais baixas. Já para o aspecto qualitativo, foi visto que as imagens de ρe apresentaram um melhor contraste entre os tecidos glandulares e carcinomas, com relação às imagens convencionais de CT, o que pode auxiliar no diagnóstico precoce de mama. Estes tecidos são diferenciados de maneira ainda mais eficiente se as imagens de ρe forem utilizadas em conjunto com a técnica de supressão de tecidos.
Título em inglês
Images of electron density and effective atomic number of breast tissues using monoenergetic CT (multienergy CT) and dual energy CT (DECT) images
Palavras-chave em inglês
Computed tomography
Effective atomic number
Electron density
Linear attenuation coefficient
Quantitative computed tomography
Tissue characterization
Resumo em inglês
From multienergy CT, with energy dispersive detectors, and dual energy devices (DECT), CT images can be combined to create new images of electron density (ρe) and the effective atomic number (Zeff ). The objective of this work is to study and evaluate parameterizations that can be used to extract the electron density and effective atomic number, among other parameters, from the CT numbers in different energies and use them to form new CT images based on those parameters, with special attention to breast CT images. Initially an experimental setup was used to determine the linear attenuation coefficient of equivalent materials and biological tissues, using a new methodology to improve measurement statistical counts, allowing to reduce experimental uncertainties to 4%. Four parameterizations were studied and applied to obtain ρe and Zeff, one based on separable power equations on Z and E (PALP), other utilizing a reference atomic element (PET), one using the electron cross section (PSCE) and other using 2 reference materials (basis) (PMB). The results indicate that the parameterizations have low energy dependence, but they are sensible to experimental uncertainties, which limits practical usage of some of them. PMB, PET and PALP parameterizations, less sensible, were used in simulated images from monoenergetic CT (multienergy CT) and polienergetic CT (DECT), for known materials and simulated tissues, to evaluate quantitative aspects (ρe and Zeff ) and qualitative ones (image visualization). Regarding quantitavive aspects, all parameterizations estimated ρe and Zeff from tissues in a satisfactory way to monoenergeit and polienergetic images, while PALP had closer results from the expected ones, principally when combining low energy images. For the quantitative aspect, images from ρe had better contrast between glandular tissues and carcinomas, if compared to conventional CT images, which can help on early breast diagnosis. Those tissues are diferentiated even better if those ρe images are utilized with tissue suppression techniques.
 
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Data de Publicação
2022-01-07
 
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