syrma – ct synchrotron radiation mammography computed tomography
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SYRMA – CTSynchrotron Radiation Mammography
Computed Tomography
Obiettivo:Mantenere la leadership italiana nella mammografia con luce di sincrotrone in contrasto di fase estendendo il programma clinico della linea SYRMEP alla tomografia della mammella.
Sezioni partecipanti: TS, PI, CA, NA, FE, BO
Collaborazioni: Elettra, Az. Osp. Univ. Ospedali Riuniti Trieste
Contesto internazionale
● A Trieste abbiamo svolto il primo e per ora unico studio clinico di mammografia in contrasto di fase
● Altri gruppi in Europa si stanno attrezzando per studi analoghi● Con tubo convenzionale o con luce di sincrotrone
● In Giappone è iniziato uno studio pilota in vivo sulla cartilagini delle mani● Con sorgente convenzionale e sistema di gratings
Why phase techniques in mammography ?
Refractive index:
absorption coefficient:
absorption index
refractive index decrement:
phase shift index
Absorption contrast decreases faster that phase contrast when energy increases
Phase effects > absorption
10-6-10-8 10-9-10-11
biological tissues, X ray energy 10-100 keV
Absorption imaging andfree space propagation imaging
Fre
e
pro
pag
ati
on
Ab
sorp
tion
Ab
sorp
tion
objectobject
IncomingIncoming TransmittedTransmitted
IntensityIntensity
Position
Position
objectobject
IntensityIntensity
Position
Position
IncomingIncoming TransmittedTransmitted
10<<100rad
ICATPP 2011 - Renata Longo
SR oblCONV oblICATPP 2011 - Renata Longo
Selected imagesSelected imagesSelected imagesSelected images
DM2.4 cm compressed breast27 kVp Mo/RhMGD 1.1 mGy
PCM2.7 cm compressed breast17 keVMGD 1.2 mGy
Work packages
WP1: Coordinamento tra le sezioni INFN coinvolte e con Elettra e l'Az. Osp. Univ. di Trieste
WP2: Adeguamento della facility di mammografia
WP 3: Detector Pixirad: caratterizzazione e integrazione
WP 4: Algoritmi di ricostruzione tomografica e di fase
WP5: Dosimetria: ottimizzazione e certificazione
WP6: Controlli di qualità (da attivare nel II anno)
WP7: Protocolli e software gestione esame (da attivare nel II anno)
WP8: medico-Esculapio
WP 9: richiesta di autorizzazione al comitato etico
Adeguamento della facility di mammografia
• adeguamento linea di luce
• HW & SW: dipende dal protocollo di esame
• calibrazione camera a ionizzazione al nuovo intervallo di energia
• adeguamento supporto paziente
• nuovo supporto per il seno in scansione
• nuovo supporto detector
Work package 2
Patient Room
Detector andDetector andExposimeterExposimeter
Breast Breast compressioncompressionsystemsystem
Patient supportPatient support
BeamBeam
Patient positioning
mammographymammography
tomographytomography
Adeguamento della facility di mammografia
• adeguamento linea di luce
• HW & SW: dipende dal protocollo di esame
• calibrazione camera a ionizzazione al nuovo intervallo di energia
• adeguamento supporto paziente
• nuovo supporto per il seno in scansione
• nuovo supporto detector
Work package 2
Detector Pixirad: caratterizzazione e integrazione
Il detector scelto per questo progetto è Pixirad, detector a conteggio di fotoni, alta efficienza alle energie utilizzate e risoluzione spaziale adeguate all'imaging in contrasto di fase.
• Adattamento del DAQ per la specifica applicazione
• Caratterizzazione del detector a SYRMEP nel range di energie del progetto
• Acquisizione di immagini (oggetti qualitativi e di calibrazione, reperti operatori)
Work package 3
PIXIRADPIXIRAD
Detector Pixirad: caratterizzazione e integrazione
Il detector scelto per questo progetto è Pixirad, detector a conteggio di fotoni, alta efficienza alle energie utilizzate e risoluzione spaziale adeguate all'imaging in contrasto di fase.
• Adattamento del DAQ per la specifica applicazione
• Caratterizzazione del detector a SYRMEP nel range di energie del progetto
• Acquisizione di immagini (oggetti qualitativi e di calibrazione, reperti operatori)
Work package 3
Algoritmi di ricostruzione tomografica e di fase
• studio ed implementazione di CT multislice spirale con fascio parallelo
• simulazione del setup (detector incluso) e delle modalità di scansione
• studio ed implementazione di modalità di scansione e algoritmi con ridotto numero di proiezioni
• Tecniche iterative
• phase retrieval
• trovare l'algoritmo ottimale non essendo una mammella un oggetto di fase e dato il modesto edge enhancement
Work package 4
Phase contrast VS Phase retrieval
Phase contrast Phase retrieval
Sample: plastic tube (5 mm) filled with poly(methyl methacrylate) (PMMA) powder. Chen R. C. et al J Phys D Appl Phys 44(49) 495401 (2011)
Dosimetria: ottimizzazione e certificazione
• definizione delle grandezze dosimetriche di interesse per la domanda di autorizzazione al comitato etico
• simulazioni per ottimizzare energia e algoritmo di scansione al fine di ottenere acquisizioni alle dose volute
• confrontabile con la mammografia convenzionale
• misure di validazione delle simulazioni
• studio della modalità di acquisizione di centraggio
• Definizione relazioni per il sistema di sicurezza (dosi integrate per giro su rototraslazione).
Work package 5
Dose control and safety system
IWORID 2011 - Renata Longo
Ionizationchamber BIonization
chamber A
safety shutter 1
Safetyshutter 2
Imagingshutter
Controlli di qualità (CQ)
(da attivare nel II anno)
Sono un obbligo di legge di cui e’ responsabile il servizio di fisica sanitario dell’ospedale
• Funzionamento HW
• Funzionamento SW
• Protocollo
• I parametri impostati vengono applicati
• Dosimetrici
Work package 6
Work package 7Protocolli e software gestione esame
(da attivare nel II anno)
• Detector:
• interfaccia con il sistema di acquisizione clinico
• integrazione con sistema di gestione dell’esame
• Implementazione protocollo d’esame
• Definizione e realizzazione nuovo SHMI
• Supervision and Human-Machine Interface
• Definizione e realizzazione procedure SW/HW per CQ
Work package 8
Validazione medica
Esculapio
• Definizione protocollo clinico
• Reperimento campioni di interesse
• Validazione radiologica della qualità delle immagini scout e tomografiche
Work package 9
Richiesta di autorizzazione
al comitato etico dell’azienda ospedaliero
universitaria Ospedali Riuniti di Trieste
Obiettivi Intermedi2014:
Studio di fattibilità per la CT clinica con luce di sincrotrone e preparazione della documentazione per richiesta di autorizzazione al comitato etico
2015:
Definizione ed implementazioni protocolli e iter di ottenimento certificazioni ed autorizzazioni
2016:
Studio clinico ed analisi dei risultati.
Note finali
• Ricerca traslazionale
• Raccoglie e valorizza competenze “di eccellenza” dell’INFN
• Detector, algoritmi, dosimetria, phase imaging
• Una collaborazione gia’ consolidata con i medici (radiologi e anatomopatologi) e con Elettra
Sezione di TS
Renata Longo 80%
Fulvia Arfelli 70%
Luigi Rigon 70%
Christian Fedon 100%
Edoardo Castelli
+ 1 laureando + 1 dottorando
1 mese/uomo officina meccanica
Sezione di TSMissioni: 6 keuro
(viaggi del coordinatore + congressi)
Inventariabile:
Camera a ionizzazione calibrata 10 keuro
Manutenzione: 1 keuro
Spese servizi: 3.5 keuro
Calibrazione delle camere a ionizzazione
della linea SYRMEP da parte di ENEA
Consumo:
Adeguamento beamline+dosimetri 8 keuro
TOTALE 28.5 keuro
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