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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2018.tde-26042018-121103
Document
Author
Full name
Josilene Cerqueira Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Costa, Paulo Roberto (President)
Peixoto, João Emilio
Silva, Teógenes Augusto da
Tabacniks, Manfredo Harri
Vanin, Vito Roberto
Title in Portuguese
Determinação experimental da distribuição de dose absorvida em diferentes qualidades de feixes mamográficos
Keywords in Portuguese
Dose glandular normalizada
Dosimetria
Espectrometria de raios X
Mamografia
Abstract in Portuguese
A dose glandular média é a grandeza utilizada para dosimetria em mamografia. Esta grandeza apresenta grande dependência com propriedades específicas referentes ao tipo de mama a ser avaliada, tais como sua glandularidade e espessura comprimida. Depende também das propriedades do espectro de raios X, tais como a combinação anodo/filtro e a tensão aplicada ao tubo, que modificam a camada semirredutora do feixe. A caracterização do feixe de raios X através da medição direta do seu espectro é um procedimento de alta complexidade e de difícil execução em sistemas de mamografia, devido à arquitetura dos equipamentos e da alta taxa de fluência de fótons característica dos feixes. Estes espectros representam a fonte de informações quantitativas e qualitativas mais completa do feixe. O objetivo geral desse trabalho é estimar distribuições de dose glandular em diferentes profundidades de materiais simuladores de tecido mamário por meio de espectros de raios X medidos em mamógrafos. Para isso, foram utilizadas técnicas radiográficas comumente empregadas na mamografia para o rastreamento do câncer de mama. Foi avaliado o comportamento da dose glandular média normalizada pelo kerma no ar incidente (DgNp) com parâmetros relacionados à mama (glandularidade e espessura) e aos espectros (camada semirredutora, tensão, combinação alvo/filtro). Primeiramente, foi desenvolvida uma metodologia experimental para medição dos espectros de raios X nos mamógrafos. Em seguida, foram propostos os seguintes métodos de cálculo da DgNp utilizando esses espectros: Método I, que calcula a DgNp com espectros incidentes; Método II, que utiliza espectros incidentes e transmitidos para este cálculo e Método III, que usa espectros incidentes e transmitidos para estimar a distribuição de dose em profundidade. Por fim, para efeito de comparação, a distribuição da DgNp também foi estimada utilizando dosímetros termoluminescentes (TLDs). A metodologia desenvolvida para medição de espectros mostrou-se eficaz para posicionamento e alinhamento adequados do detector no feixe e consequentemente a medição dos espectros diretos. Os espectros incidentes experimentais mostraram boa concordância com espectros simulados. Os resultados mostraram uma distribuição bem-comportada desses coeficientes (DgNp), com tendência linear ou exponencial, com relação aos parâmetros analisados. Para um dado espectro, os valores de DgNp apresentaram decrescimento exponencial com a espessura do material simulador ao tecido mamário e dependencia linear com a glandularidade. Além disso, esses coeficientes crescem linearmente com o aumento da camada semirredutora e, consequentemente, com a energia efetiva. A partir das distribuições de DgNp (obtidas pelo Método III) foi possível estimar a dose no volume completo da mama com diferença máxima de 5,2% dos valores obtidos com o Método II. A variação da DgNp com a profundidade obtidas com TLDs mostrou-se bastante coerente com os resultados observados com a utilização do Método III. Conclui-se que é possível avaliar a dose glandular em mamografia utilizando espectros de raios X e que a metodologia proposta tem potencial para ser aplicada como procedimentos alternativos para dosimetria em mamografia.
Title in English
Experimental determination of absorbed dose distribution in different qualities of mammographic x-ray beams.
Keywords in English
Dosimetry
Mammography
Normalized glandular dose coefficients
X-ray spectrometry
Abstract in English
The mean glandular dose is the quantity used for dosimetry in mammography. This quantity has a strong dependence with some properties of the evaluated breast, such as its glandularity and compressed thickness. It also depends on the X-ray spectrum used for the mammographic image production, such as the target/filter combination and the tube voltage, which are related to the half value layer (HVL) of the beam. The X-ray beam characterization by means of the direct measurement of its spectrum is a complex procedure, and it is difficult to be implemented in clinical systems due to the architecture of the mammography equipment and the high photon fluence rates. These spectra provide a complete qualitative and quantitative information of the X-ray beam. The general objective of this work is to estimate mean glandular dose distributions in different depths of breast tissue-equivalent materials (bTEM) considering the X-ray spectra measured in clinical mammography devices. Radiographic techniques commonly applied for breast cancer screening were used. The behavior of the mean glandular dose normalized to the incident air kerma (DgNp), with parameters related to the breast (glandularity and compressed thickness) and to the mammographic spectra (HVL, tube voltage, target/filter combination), was evaluated. First, an experimental methodology was developed to measure X-ray spectra in clinical mammography devices. Then, the following methods for calculating the DgNp using these spectra were considered: Method I, which calculates the DgNp using the incident spectra; Method II, which uses incident and transmitted spectra by the bTEMs, and Method III, which uses incident and transmitted spectra to estimate the dose distributions in depth of the breast equivalent materials. Finally, thermoluminescent dosimeters (TLDs) were used as a comparative method to evaluate DgNp distributions. The methodology developed for measuring spectra proved to be efficient for the proper positioning and alignment of the detector and, consequently, for the measurement of direct X-ray spectra. The experimental incident spectra showed good agreement with spectra simulated in similar conditions. The results showed well-defined trends (either linear or exponential) of the distributions of these coefficients (DgNp) regarding the analyzed parameters. The DgNp values presented an exponential decay with the bTEM thickness and linear decrease with the glandularity. In addition, these coefficients increase linearly with the increase of the HVL and, consequently, with the increase of the effective energy. From the distributions of DgNp (obtained by Method III) it was possible to estimate the DgNp in the whole breast with a maximum difference of 5.2% from the values obtained using the Method II. The variation of the DgNp with the depth, obtained with TLDs, showed to be consistent with the results observed using the Method III. In conclusion, it is possible to evaluate the glandular dose in mammography examinations using X-ray spectra and the suggested methodology, with some adaptations, can be applied as an alternative procedure for dosimetry in mammography.
 
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Publishing Date
2018-05-04
 
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