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