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CPGEI (Mestrado): Karoline Akemi Sato 23/02/18

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 23/02/2018
das 10h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. André Luiz Coelho Conceição
Participantes Prof. André Luiz Coelho Conceição, Dr. Orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. André Luiz Coelho Conceição, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Diego Merigue da Cunha, Dr. - IF-UFU
Prof. Pedro Zambianchi Junior, Dr. - UTFPR
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Simulação dos perfis de espalhamento elástico de tecidos mamários e materiais equivalentes por código Monte Carlo

Resumo: O tipo de câncer mais comum entre as mulheres no Brasil e no mundo é o câncer de mama. Devido às limitações dos atuais métodos de imageamento mamário para detecção precoce do câncer de mama, novas técnicas vêm sendo estudadas, dentre elas a técnica de imagem por espalhamento elástico de raios X. Essa técnica consiste na detecção dos fótons elasticamente espalhados pelo objeto imageado em função do ângulo de espalhamento, denominado perfil de espalhamento, que pode conter fótons elasticamente espalhados em altos, médios ou baixos ângulos. Neste trabalho, estudou-se o caso para médios ângulos, denominado WAXS, por fornecer informações sobre as estruturas responsáveis pelo espalhamento em nível molecular. Assim, seu objetivo é a simulação computacional dos perfis de espalhamento de materiais equivalentes a tecidos mamários normais e patológicos. Para isso, utilizou-se o programa MC-GPU, é um código Monte Carlo que simula as interações entre os fótons e a matéria. Seu diferencial em relação a outros códigos para simulação de perfis na região de WAXS é a possibilidade de inclusão dos fatores de forma medidos experimentalmente ao invés apenas dos fatores de forma obtidos através do modelo atômico independente. Foi simulado, com 1 cm de altura, um cilindro de PMMA de 4mm de diâmetro, contendo em seu interior outros cilindros menores, de 1mm de diâmetro cada, contendo água, dimetilformamida e glicerol, em diferentes combinações. Estes materiais foram escolhidos por apresentar as características de atenuação similares às dos tecidos mamários normais e patológicos na energia utilizada. Foi utilizado um feixe de fótons monoenergético (Kα-Cu=8,54 keV) e um detector bidimensional. Os padrões de espalhamento obtidos foram integrados radialmente através do software fit2D para obtenção dos perfis de espalhamento. Os perfis de espalhamento determinados a partir dos padrões de espalhamento bidimensional apresentaram grande similaridade com aqueles previamente reportados na literatura. Devido à possibilidade de inclusão de fatores de forma determinados experimentalmente o código MC-GPU possibilita a obtenção de resultados de simulação mais realísticos. Especificamente neste estudo, os perfis de espalhamento obtidos são semelhantes aos experimentalmente medidos para geometrias cilíndricas. Logo, abre-se a possibilidade de estudo de novas técnicas de imagem baseadas no espalhamento elástico de raios X.
Palavras-chave: espalhamento elástico; simulação computacional; tecidos mamários.

Simulation of elastic scattering profiles of breast tissue and equivalent material by Monte Carlo code

Abstract: The most common type of cancer among women in Brazil and the world is breast cancer. Due to the limitations of current breast imaging methods for early detection of breast cancer, new techniques have been studied, including the X-ray elastic scattering imaging technique. This technique consists of detecting the photons scattered elastically by the functionally imaged object of the scattering angle, called the scattering profile, which may contain elastically scattered photons at high, medium or low angles. In this work, we studied the case for medium angles, called WAXS, for providing information about the structures responsible for the spreading at the molecular level. Thus, its objective is the computational simulation of the spreading profiles of materials equivalent to normal and pathological mammary tissues. For this, the MC-GPU program was used, it is a Monte Carlo code that simulates the interactions between the photons and the matter. Its differential in relation to other codes for simulation of profiles in the WAXS region is the possibility of including form factors measured experimentally rather than just the form factors obtained through the independent atomic model. A 4 mm diameter PMMA cylinder was simulated with 1 cm in height, containing smaller cylinders of 1 mm diameter each containing water, dimethylformamide and glycerol in different combinations. These materials were chosen because they present attenuation characteristics similar to those of normal and pathological mammary tissues in the energy used. A monoenergetic photon beam (Kα-Cu = 8.54 keV) and a two-dimensional detector were used. The scattering patterns obtained were integrated radially through the fit2D software to obtain the scattering profiles. The scattering profiles determined from the two-dimensional scattering patterns presented a great similarity with those previously reported in the literature. Due to the possibility of including form factors experimentally, the MC-GPU code allows obtaining more realistic simulation results. Specifically in this study, the scattering profiles obtained are similar to those experimentally measured for cylindrical geometries. Therefore, the possibility of studying new imaging techniques based on elastic X-ray scattering is opened.
Keywords: elastic scattering; computer simulation; breast tissues.

Lista de publicações:

SATO, K. A. ; PIRES, M. R. ; CRUZ, J. V. ; CONCEIÇÃO, A. L. C. . Simulação de imagens por espalhamento elástico de raios X de materiais equivalentes à tecido mamário humano. In: XXII Congresso Brasileiro de Física Médica, 2017, Ribeirão Preto. Book of Abstracts of XXII CBFM, 2017.

FAGUNDES, A. C. F. ; LOPES, L. M. ; SATO, K. A. ; SOUSA, R. S. ; MAZZARO, I. ; ANTONIASSI, M. ; CONCEIÇÃO, A. L. C. . Structural characterization of canine mammary tissue by x-ray diffraction. In: International Topical Meeting on Industrial Radiation and Radioisotope Measurement Applications (IRRMA), 2017, Chicago. Proceedings of IRRMA X, 2017.

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