Mamografia hoje: Aspectos Físicos e Dosimétricos · Efeito do espalhamento na imagem mamográfica. ... Fatores que afetam o ... Os filtros também influenciam sobre o

Mamografia hoje: Aspectos Físicos e

Dosimétricos

Martin Eduardo Poletti

Universidade de São Paulo

Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto

Departamento de Física e Matemática

O que é a mamografia: definição

MAMOGRAFIA: é a técnica radiográfica que examina os tecidos de mama. É a técnica mais adequada para a detecção precoce do câncer mamário.

O objetivo de qualquer sistema mamográfico deve ser o de obter

mamografias de melhor qualidade com os mais baixos níveis de exposição.

A evolução da mamografia nos últimos 20 anos

1990 2000 2010

FOCOS DA APRESENTAÇÃO

Os tecidos mamários: composição. Determinação dos coeficiente de atenuação de tecidos mamários.

Espectros de um tubo de raios X mamográfico.Contraste de imagem mamográfica convencional.Efeito do espalhamento na imagem mamográfica.Estudo de grades.Dose Mamográfica.Materiais equivalentes a tecidos.Novos métodos de imagem.

Fundamentação - A mama

Fundamentação - Estágios da formação da imagem

i) Formação da imagem de raios-X invisível

ii) Conversão da imagem invisível a uma visível (tela-filme)

iii) Interpretação da imagem visível (médico)

Fundamentação - Interações

Esp. Coerente Esp. Incoerente

Fotoelétrico

Fundamentação - Conceito de Absorção DiferencialUma imagem de raios-X resulta da diferença entre os raios-Xabsorvidos fotoeletricamente no paciente e aqueles transmitidosna direção receptor de imagem. Esta diferencia em interação de raios-Xé chamada de absorção diferencial.

Fundamentação - COEFICIENTES DE INTERAÇÃO

A radiação emitida por uma fonte de raios-X, Io, ao passar através

de um objeto é atenuada pelo objeto por um fator e- µd, onde d é a

espessura do objeto e µ o coeficiente de atenuação do objeto

)( inelselasvn σστµ ++=0 10 20 30 40 50 60

0,01

0,1

1

10

100

1000

Total, µ

Fotoelétrico, τ

Espalhamento Elástico, σelás

Espalhamento Inelástico, σinelás

---- faixa energética mamográfica

µ/ρ

[cm

3/g

r]

Energia (keV)

CONTRIBUIÇÕES DOS VÁRIOS PROCESSOS PARA TECIDO MAMÁRIO

Como medir o coeficiente de atenuação linear?

Fonte

Amostra

detector

Colimador Colimador

MEDIDAS DE FÓTONS PRIMÁRIOS: Coeficiente de atenuação

Geometria de Feixe Estreito

Para determinar o coeficiente de interação devemos apenas medir os fótons que não sofreram interação. Experimentalmente esta condição é afetada pela geometria e pelo tamanho da amostra. Geometria IDEAL: Feixe estreito e amostra fina.

µµµµmedido = µµµµatt)ln( 0

1 II ttmedido =µ

I0It

MEDIDAS DE ATENUAÇÃO: CASO REAL

Detectamos mais fótons que os

primários µ < µatt

Fonte

amostra

detector

CASO REAL: COLIMAÇÃO FINITA E AMOSTRA GROSSA:

Feixe estreito amostra grossa :

Fonte

AmostraFeixe estreito amostra fina :

Fonte

Amostra

detector

detector

Arranjo Experimental

Medidas de Atenuação Medidas Experimentais de Coeficientes de Atenuação de Tecidos Mamários e Espectros de Raios X

Tubo de raios-X com anodo de Mo (Z=42, Kα

= 17,44keV e Kβ = 19,602 keV).

Detector de Si(Li) acoplado a um analisador multicanal.

L= 2,4 m

L= 1 mmmCmm 12.0 ≤≤

Medidas de atenuação

Determinação experimental do coeficiente de

atenuação linear

( )( )( )

−=

EI

EI

xE x

'

'ln

1

0

µ

Resultados

Coeficientes de Atenuação Linear de Tecidos Mamários

Valores médios dos coeficientes de atenuação linear dos tecidos mamários analisados.

Resultados

Coeficientes de Atenuação Linear de Tecidos Mamários

Boxplot

1 2 3 4 5 61

2

3

4

5

6

7

8

Grupos

Coe

fiic

iente

de A

tenu

açã

o L

ine

ar

(cm

-1)

Adiposo

Normais Periféficos

Fibrosos

Carcionoma

Fibroadenoma

Tumor Filodes

E =10 keV

(a)

1 2 3 4 5 60

1

2

Grupos

Coe

fiic

iente

de A

ten

ua

çã

o L

ine

ar

(cm

-1)

Adiposo

Normais Periférico

Fibrosos

Carcionoma

Fibroadenoma

Tumor Filodes

E =17.44 keV

(b)

Sumário

Os tecidos mamários: composição. Determinação dos coeficiente de atenuação de tecidos mamários.


Fundamentos - Produção de um feixe de raios X

Fatores que afetam o espectro de raios-X

A intensidade do espectro (ou número de fótons emitidos) é

diretamente proporcional à mAs. A energia efetiva não depende da mAs.

Influência da mAs sobre o espectro de RX

Além de determinar a energia máxima do espectro e, portanto, sua energia efetiva, a kVp influencia também a

intensidade do espectro, devido à maior eficiência de

produção de RX, quanto maior a kVp. A intensidade por mAsé (aproximadamente) diretamente proporcional ao quadrado

da kVp.

Influência da kVp sobre o espectro de RX

O espectro característico é modificado pois as energias de ligação das camadas eletrônicas envolvidas no processo

dependem do material do alvo. As energias características e

a intensidade do espectro total aumentam com o número atômico do material do alvo.

Influência do material do alvo sobre o espectro de RX

Filtros afetam o espectro de raios-X?

Ocorre uma redução na intensidade do espectro principalmente na região de baixa energia. Quanto maior o filtro, maior a energia efetiva do espectro.

Os filtros também influenciam sobre o espectro de RX - Atenuadores

45-Ródio 42-Molibdênio

Os filtros também influenciam sobre o espectro de RX - Atenuadores

Filtros

Os filtros utilizados geralmente são de Molibdênio ou Ródio e são os responsáveis por impedir que os fótons

do feixe que nada acrescentam para o diagnóstico

atrapalhem na formação da imagem e atinjam a paciente se somando à dose de radiação recebida.

Em exames mamográficos utiliza-se varias

combinações alvo/filtro para definir o espectro de emissão e conseguir o melhor contraste possível.

Como medir um espectro de raios-X?

Espectrômetro

0 300 600 900 1200 1500 1800 21000

10

20

30

40

50

60

70

80

Pontos Experimentais

Ajuste Linear

En

erg

ia (

ke

V)

Número do Canal

Calibração em energia:

0 20 40 60 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Curva Teórica Resultados Experimentais

Eficiê

ncia

Re

lativa

Energia (keV)

Eficiência:

Resultados

Espectros de raios X

5 10 15 20 25 300

20000

40000

60000

80000

100000

CSR = 0,296 mm de Al

Conta

gens

Energia (keV)

Espectro de Mo/Zr

Tensão 25kVp

Espectro de Mo –

Filtração adicional de Zircônio

5 10 15 20 25 300

20000

40000

60000

80000

100000

Co

nta

ge

ns

Energia (keV)

Espectro de Mo

(sem filração adicional)

CSR = 0,237mm de Al

5 10 15 20 25 300

20000

40000

60000

80000

100000

CSR = 0,298 mm de Al

Conta

gens

Energia (keV)

Espectro de Mo/Mo

Tensão 25kVp

Espectro de Mo –

Filtração adicional de Molibdênio

Resultados

Espectros de raios X

Comparação dos espectros com os obtidos para um equipamento clínico

5 10 15 20 25 300.0

0.2

0.4

0.6

Espectro de raios X de um equipamento clínico (Boone et al, 1997)

Espectro medido neste trabalho

Co

nta

gen

s

Energia (keV)

Mo/Mo – 28kVp

O mamógrafo

SumárioOs tecidos mamários: composição. Determinação dos coeficiente de atenuação de tecidos mamários.


Contraste da imagem (O CONTRASTE NA IMAGEM É DADA PELO µµµµ)

Fonte

Objeto

Filme

CASO IDEAL: SEM ESPALHAMENTO

O PAPEL DO ESPALHAMENTO NA IMAGEM

Fonte

Objeto

Filme

O PAPEL DO ESPALHAMENTO NA IMAGEM

Fonte

Objeto

FilmeImagem mamográficacom (a) e sem (b) radiação secundária Egan et al (1983)Radiology

a) b)

fonte

mama

filme

O controle da radiação espalhada: Grade

grade

cintilador

grade

fonte

mama

filme

O controle da radiação espalhada: Grade

Parâmetros fundamentais em mamografia

Qualidade da Imagem

Dose Média Glandular

gNarg DKD .=

Dose Absorvida

Kerma no ar na entrada da pelearK Dose Glandular

NormalizadagND

Contraste

Contraste do

Receptor

Contraste

Objeto

Contraste e Dose Mamográfica

DeterminaDeterminaçção do Contraste Objeto e ão do Contraste Objeto e

da Dose Glandular Normalizadada Dose Glandular Normalizada

Métodos Experimentais

Simulação

Monte Carlo

Modelos

Analíticos

Métodos Teóricos

Modelo SemiModelo Semi--AnalAnalíítico para determinatico para determinaçção do ão do

Contraste Objeto e da Dose Glandular Normalizada Contraste Objeto e da Dose Glandular Normalizada

=

D

B

q

qSC ln

Contraste Objeto

( )( )

+

−+=

PPPP

PP

BsBDB

DB

qqqqq

qqSC 1ln

q= qp +qs

Dose Glandular Normalizada

Energia absorvida na região central da mama

( ) ( )( ) ( )dzkdza

kjBBs eeeNN

.1...

0,1 1µµµ −−−− −×××=

InteraInteraçções primões primááriasrias

Benkjabs ENE ∑ ××= µµ,1,1


Materiais e Métodos

( ) ( )( ) ( )dzkdza

kjBBs eeeNN

.1...

0,1 1µµµ −−−− −×××= ( ) ( )zesp

jkkjBeNN

'.

,1,,,2 1,µ

φθ φθ −−×=

InteraInteraçções primões primááriasrias InteraInteraçções secundões secundááriasrias

Energia absorvida na região central da mama

Resultados: razão S/P

Razão S/P

Espalhamento da radiação na mama

O espalhamento da radiação primária

para duas espessuras diferentes de

phantom em função do diâmetro do

campo de radiação. Como podemos

ver, a taxa aumenta rapidamente com

a espessura.

Compressão da mama

•Redução de espalhamento;

•Redução da dose de radiação;

•Uniformidade e melhor densidade ótica.

Grade na mamografia

Mamografia

obtida com

grade

Mamografia

obtida sem

grade

(*) Receptor de imagem de sensibilidade média. Mama comprimida de 4,5cm, ânodo e filtro de molibdênio.

Desempenho de uma grade: CIF e BF

Resultados

Contraste Objeto de uma Microcalcificação (100µm)

2 3 4 5 6 7 80.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

Co

ntr

aste

Ob

jeto

Espessura da Mama

Mama Adiposa

Mama Média

Mama Glandular

24 26 28 30 32 34 360.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

Combinação anodo filtro

Mo/Mo

Mo/Rh

Rh/Rh

Co

ntr

aste

Ob

jeto

Potencial do Tubo (kVp)

Dependência com as Dependência com as

CaracterCaracteríísticas do Feixe Incidentesticas do Feixe IncidenteDependência com as Dependência com as

CaracterCaracteríísticas da Mamasticas da Mama

Mo/Mo – 28 kVp Mama Média – 6cm

Resultados

Contraste Objeto

25 26 27 28 29 300.10

0.12

0.14

0.16

0.18

Mama Adiposa

Mama Média

Mama Glandular

Co

ntr

aste

Ob

jeto

Tensão no Tubo (kV)

Espectro de MoMo – Mama de 5 cm

Comparação com a Literatura (Dance et al., 1992)

Resultados

Contraste Objeto – Limites de Detecção

0 2 4 6 8 100.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

6%

Espessura da mama

2 cm

4 cm

6 cm

8 cm

Co

ntr

aste

Obje

to

Espessura do nódulo (mm)

2%

Limites de DetecLimites de Detecçção ão

Mama Média Limites de Detecção

2 cm 0,8 – 2,5mm

4 cm 1,2 – 3,7mm

6 cm 1,5 – 4,5mm

8 cm 2,0 – 5,8mm

SCGD ××=∆ 4343,0



Dose média: tecido misto 50%

glandular e 50% gordura

Resultados


2 3 4 5 6 7 80.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

Glandularidade:

0% Glandular

50% Glandular

100% Glandular

Dg

N (

mG

y.m

Gy

-1)

Espessura da Mama (cm)

MoMo – 28 kVp – CSR=0.35mm de Al

Dependência com as Dependência com as

CaracterCaracteríísticas do Feixe Incidentesticas do Feixe IncidenteDependência com as Dependência com as

CaracterCaracteríísticas da Mamasticas da Mama

CSR=0.38mm de Al

26 28 30 32 34 360.230

0.235

0.240

0.245

0.250

0.255

0.260

0.265

0.270

Dg

N (

mG

y.m

Gy

-1)

Combinação anodo/filtro

Mo/Mo

Mo/Rh

Rh/Rh

Tensão no tubo (kV)

Mama Média de 5cm

Resultados


2 3 4 5 6 7 80.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

DgN(m

Gy.m

Gy

-1)

Espessura da mama (cm)

CSR(mm de Al)

0.25

0.30

0.35

Comparação com a Literatura (Dance, 2000)



Simulador para qualidade de imagem

IMAGEM DO SIMULADORSimulador para qualidade de imagem

Simulador para qualidade de imagem

0 .00

0 .05

0 .10

0 .15

0 .20

0 .25

0 .30

0 .35

0 2 4 6 80 .00

0 .05

0 .10

0 .15

0 .20

0 .25

0 .30

( b )

( a )

Ad ipo se B rea s t t is su e

C IR S 70 % a dip . / 30 % g lan d.

R M I

Lu c ited

σ/d

Ωto

t (cm

-1sr-1

)

Gla nd ul ar B rea s t t issu e

C IR S 30 % a dip . / 70 % g lan d.

R MI

W a te r

dσ/d

Ωto

t (cm

-1sr-1

)

x (n m-1

)

Outros materiais – Propriedades de espalhamento

Scattering profiles



Experimental SetExperimental Set--upup

Features: • X-ray beam energy 11keV; • Huber Diffractometer 3+1 circles coupled with an NAI(Tl) fast scintillation detector;• Graphite monochromator: exclude Compton and multiple scattering;• Range detector recorded 0.70nm-1 < q=4π.sin(θ/2)/λ < 70.55nm-1.

XRD1: XXRD1: X--ray diffraction beamlineray diffraction beamline

National Synchrotron Light Laboratory, BrazilNational Synchrotron Light Laboratory, Brazil

Resultado do Diagnóstico Sensibilidade

(%)

Especificidade

(%)

κκκκ

Negativo = TN

Positivo = FA ou C

86,9 88,2 0,74

Negativo = FA

Positivo = C

100,0 71,4 0,76

Análise estatística dos perfis

Imagens por espalhamento


• 17.5keV, mama 4cm, kerma=10mGy


• 35keV, mama 4cm, kerma=10mGy

FIM

• Obrigado pela atenção !

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