Resumo: Neste trabalho, foram determinados os parâmetros de exposição ótimos em mamografia digital por simulação Monte Carlo (MC) e através de estudos experimentais, utilizando as métricas de figura de mérito (FOM) e eficiência de detecção quântica (DQE). Para isto, a qualidade da imagem foi quantificada a partir da razão contraste-ruído (CNR), função de transferência de modulação (MTF) e densidade espectral de ruído (NPS). A avaliação dosimétrica foi realizada a partir do kerma no ar incidente e da dose glandular média (DGM). Foi utilizado o código PENELOPE 2014, com modificações devidamente validadas, para estudar a DGM e CNR para diversos modelos de mama, tipos de lesão (calcificação e tumor), tipos de detectores e grades antiespalhamento. Nas simulações, a FOM foi calculada para os espectros de raios X utilizados em equipamentos contemporâneos e novos espectros foram propostos. Na etapa experimental, dois mamógrafos clínicos foram utilizados com diferentes tecnologias de detecção e combinações alvo/filtro. A CNR foi obtida utilizando três tipos de objetos simuladores de mama, variando-se a combinação alvo/filtro e potencial do tubo. A MTF e a NPS foram determinadas para diferentes combinações alvo/filtro, potenciais do tubo e produtos corrente-tempo (mAs). Os resultados da FOM obtidos por simulação MC mostraram que o detector de imagem e grade antiespalhamento não alteram a combinação alvo/filtro ótima, influenciando apenas o potencial do tubo ótimo. Além disso, o aumento da FOM utilizando um espectro ótimo é maior para mamas espessas e densas, se comparado ao espectro de referência para cada tipo de mama. Os diferentes modelos de pele influenciam apenas no fator de melhoria da FOM (até 16(2)%), sem alterar os espectros ótimos para cada tipo de mama. Dentre os espectros contemporâneos, as combinações W/Rh e W/Ag obtiveram os melhores resultados para mamas finas e espessas, respectivamente. As cominações de W/(1,2 mm Al) e W/(0,06 mm Ag) propostas neste trabalho, tiveram uma melhora no desempenho de até 20%, se comparadas com os valores ótimos para espectros contemporâneos. Os espectros ótimos baseados na FOM obtida experimentalmente foram similares aos simulados. Neste caso, uma redução na dose de até 50(5)% pode ser obtida comparando com o espectro de referência empregado, mantendo a qualidade da imagem. Os parâmetros ótimos determinados pela DQE, para os mamógrafos clínicos estudados, foram iguais a: W/Rh 28 kV ou W/Rh 25 kV com um produto corrente-tempo de 40 ou 20 mAs. Os resultados deste trabalho indicam que a FOM e a DQE podem ser utilizadas como métricas complementares para um estudo completo de otimização do sistema. Por fim, pode-se concluir que o uso de espectros ótimos em ambientes clínicos poderia garantir uma menor dose necessária para a produção de imagens de mesma qualidade Ver menos

Abstract: In this work, optimal exposure parameters were determined in digital mammography by Monte Carlo (MC) simulation and experimental methods, using the figure of merit (FOM) and detective quantum efficiency (DQE). For this purpose, the image quality was quantified by the contrast-to-noise ratio (CNR), modulation transfer function (MTF) and noise power spectrum (NPS). The dosimetric evaluation was based on the incident air kerma and mean glandular dose (DGM). The PENELOPE 2014 MC code was used, with validated modifications, to study the DGM and the CNR for different breast models, types of breast lesions (calcification and tumor), detector technologies and antiscatter grids. The FOM was calculated using MC simulation for the X-ray spectra used in contemporary equipment, and new spectra were also proposed. Two clinical mammography units were evaluated experimentally, with different detector technologies and anode/filter combinations. The CNR was obtained using three different phantoms, varying the anode/filter combinations and tube potentials. The MTF and NPS were determined for different anode/filter combinations, tube potentials and current-time products (mAs). The simulated FOM values showed that the detector and grid types affect the optimal tube potential but do not alter the optimum anode/filter combination. Moreover, the FOM increasing using an optimal spectrum, if compared with the reference spectrum, is more noticeable for denser and thicker breasts. The skin models only affect the FOM values, increasing up to 16(2)% without changing the optimum spectra for each breast characteristic. Among the contemporary spectra, the W/Rh and W/Ag provided the best performance for thinner and thicker breasts, respectively. The W/(1,2 mm Al) and W/(0,06 mm Ag) combinations proposed in this work provided an improvement up to 20%, when compared with the optimal contemporary spectra. The optimum spectra obtained experimentally based on FOM were consistent with the simulated ones. In this case, a dose reduction of 50(5)%, compared with the used reference spectrum, can be achieved for the same image quality. The optimal exposure parameters based on the DQE for the mammography units were: W/Rh 28 kV or W/Rh 25 kV with the tube current-time product of 40 or 20 mAs. These results indicate that the FOM and DQE can be used as complementary metrics for a complete optimization of the system. Finally, it can be concluded that the optimum spectra can be implemented in clinical environment, aiming to reduce the dose to produce images with the same quality Ver menos