Publicação: Estudo do desempenho do receptor de imagem em mamografia digital contrastada utilizando simulações Monte Carlo.
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA NUCLEAR
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Resumo
O câncer de mama é a uma das principais causas de morte por câncer entre as mulheres e a
mamografia é o exame mais sensível para a detecção precoce, podendo reduzir a mortalidade.
Entretanto, a mamografia apresenta limitações especialmente em mamas densas ou espessas, em
que a identificação de nódulos ou microclacificações pode ser obscurecida pelos tecidos
mamários. Recentemente, a técnica de mamografia contrastada vêm apresentando grande
potencial como técnica de imagem complementar à mamografia de rastreamento, para a
identificação de alterações. Nessa técnica, utiliza-se um agente de contraste à base de iodo, por
via intravenosa, permitindo que o agente de contraste administrado circule pelos vasos
sanguíneos da mama, causando o realce de possíveis nódulos malignos. Na mamografia
contrastada de dupla energia, são adquiridas imagens com feixes de radiação de baixa e alta
energia, e as duas imagens são então subtraídas, fornecendo o realce do agente de contraste em
relação ao tecido mamário. A qualidade da imagem mamográfica depende, dentre outros fatores,
do desempenho do receptor de imagem quanto à relação à resolução espacial, e a função de
transferência de modulação (MTF), que quantifica a redução no contraste no domínio das
frequências espaciais, é considerada a função mais adequada para avaliar a resolução espacial
do sistema de imagem. O objetivo deste trabalho é estudar os diferentes tipos de receptores (a-Se
e CsI) com a finalidade de determinar como diferentes fatores de aquisição podem influenciar na
qualidade da imagem. Esse estudo foi feito a partir da obtenção das curvas de MTF x , adquiridas
por meio das simulações utilizando o código Monte Carlo PENELOPE. Foram analisados o
desempenho de receptores de conversão direta (a-Se) e indireta (CsI), considerando os feixes de
baixa e alta energia empregados em mamografia contrastada. Os resultados mostraram que para o
a-Se, as curvas de MTF x apresentam melhora com o aumento do potencial do tubo, ao passo que
para o CsI há uma redução na MTF x , especialmente para feixes com energias acima da borda de
absorção da camada K do receptor. O aumento na espessura dos receptores provoca uma redução
na MTF x , devido ao aumento da probabilidade de ocorrer interações múltiplas, e de reabsorção
pelo próprio receptor da radiação característica produzida. Não foi observado resultado
significativo de influência da atenuação do feixe pela mama nas curvas de MTF x . Para as curvas
de MTF pré-amostragem, observou-se que os efeitos geométricos referentes às dimensões da
superfície dos elementos detectores são a principal causa de limitação da resolução espacial da
imagem, com menor influência das interações da radiação. Os resultados obtidos neste trabalho
foram comparados com resultados experimentais da literatura, apresentando boa concordância,
indicando a viabilidade do uso dos métodos computacionais para simulação do transporte da
radiação no receptor para o estudo do desempenho do sistema de imagem em mamografia
contrastada.
Abstract
Breast cancer is one of the main cause of cancer death among women, and mammography exams
are the only imaging technique that has shown to reduce such mortality. However,
mammography has limitations, especially in dense or thick breasts, in which the identification of
nodules or microcalcifications may be obscured by breast tissue. Recently, the contrast-enhanced
mammography technique has shown a great potential as a complementary imaging technique to
identify alterations in screening mammography. In this technique, an iodine-based contrast agent
is administred intravenously, allowing the administered contrast agent to circulate throughout the
breast blood vessels, highlighting possible malignant nodules. In dual-energy contrast-enhanced
mammography, images are acquired with low- and high-energy radiation beams, and the two
images are then subtracted, providing an increase in the contrast agent in relation to the breast
tissue. The quality of the mammography image depends, among other factors, on the
performance of the image receptor with respect to spatial resolution and on the modulation
transfer function (MTF), which quantifies the reduction in contrast at the spatial frequency
domain, is considered the most appropriate function to evaluate the spatial resolution of the
imaging system. The objective of this work is to study the different types of image receptors (a-
Se and CsI) in order to evaluate how different acquisition factors can influence image quality.
This study was done by obtaining the MTF x curves, acquired through simulations using the
Monte Carlo code PENELOPE. The performance of direct conversion (a-Se) receivers and
indirect conversion (CsI) receptors were analyzed considering low and high energy beams
employed in contrast mammography. Results showed that, with the increase of the tube
potential, the MTF x curves improve for a-Se, while for CsI there was a reduction in MTF x ,
especially for beams with energies above the absorption K-edge of the receptor. The increase of
receptor thickness causes a reduction in MTF x , due to the increased probability of multiple
interactions occurrence and of the reabsorption of produced characteristic radiation by the
receptor. It was not observed significant results for the influence of beam attenuation by the
breast on the MTF x curves. For the pre-sampling MTF curves, it was observed that geometric
effects due to the dimensions of the surface of the detector elements are the main cause of
limitation of the image’s spatial resolution, with less influence of the radiation interactions. The
results obtained in the present study were compared with experimental data from the literature,
showing good agreement, indicating the feasibility of using computational methods for
simulating the radiation transport in the receptor for the study of the imaging systems
performance in contrasted-enhanced mammography technique.
Palavras-chave
Mamografia contrastada digital, Digital contrasted mammography, Função de tranferência de modulação, Modulation transfer function, Detector, Monte Carlo
Citação
ASSIS, Cesar Augusto Silva Cardoso. Estudo do desempenho do receptor de imagem em mamografia digital contrastada utilizando simulações Monte Carlo. 2020. 51 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.513
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