Slides - Agenda INFN

SYRMA-CT
SYnchrotron Radiation Mammography –
Computed Tomography
proposta nuovo esperimento
triennio 2014-16
Resp. naz. Renata Longo
Dipartimento di Fisica e INFN, Universita’ di Trieste
Obiettivo Generale
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.

Prima mammografia in vitro con luce di
sincrotrone @ LNF 1995
 Sviluppo dell’imaging mammografico in
contrasto di fase @ ELETTRA:


prima dimostrazione in vitro (1998)
primo studio clinico (2011)
Stato dell’arte
mammografia
 Verso

mammografie in 3D
Tomosintesi (in commercio, solo poche ditte)
• Supera il problema delle sovrapposizione delle
strutture anatomiche
• Mammella compressa

Anatomia deformata
• Ricostruzioni parallele al compressore


Algoritmi di riscostruzione non ottimali per le calcificazioni
Breast CT (prototipi in trial clinico in US)
• Nessuna compressione
• Ricostruzione 3D della struttura ghiandolare

Senza distorsioni
Stato dell’arte
imaging in contrasto di fase
Differenti approcci al contrasto di fase

Free space propagation



Analyzer based imaging



Buona coerenza spaziale
Non richiede ottiche tra oggetto e detector
Radiazione monocromatica
Cristallo analizzatore tra oggetto e detector
Sistemi basati su gratings


inteferometrici e non (coded apertures)
Allineamenti tra gratings dell’ordine del micron
Absorption imaging and
free space propagation imaging
Position
Transmitted
object
Intensity
Incoming Transmitted
Position
Absorption
Incoming
a
object
10<a<100mrad Intensity
ICATPP 2011 - Renata Longo
Stato dell’arte
imaging in contrasto di fase
Differenti approcci al contrasto di fase

Free space propagation



Analyzer based imaging



Buona coerenza spaziale
Non richiede ottiche tra oggetto e detector
Radiazione monocromatica
Cristallo analizzatore tra oggetto e detector
Sistemi basati su gratings


inteferometrici e non (coded apertures)
Allineamenti tra gratings dell’ordine del micron
Why phase techniques
in mammography ?
Refractive

absorption coefficient:


m=
4pb
l
refractive index decrement:


b absorption index
n =1- d + ib
index:
d phase shift index
»
1
E3
d » E -2
Absorption contrast decreases faster that
phase contrast when energy increases
Phase effects > absorption
d >> b
10-6-10-8
10-9-10-11
biological tissues, X ray energy 10-100 keV
ICATPP 2011 - Renata Longo
Competizione internazionale
 Studi


in vivo:
Trieste: mammografia, free propagation
Giappone: cartilagini, gratings
• Per ora 1 solo volontario pubblicato
 Programmi




di breast imaging
Stanford: ABI con tubo RX, studi in vitro
PSI :gratings, studi in vitro
ESRF-Munich: ABI, studi in vitro
UCL: coded apertures, studi in vitro
Obiettivi intermedi
2014:
 Studio di fattibilità per la CT clinica in
contrasto di fase con luce di
sincrotrone
 documentazione
per
richiesta
di
autorizzazione al comitato etico
2015:
 Definizione
ed
implementazioni
protocolli
 Iter certificazioni ed autorizzazioni.
 Acquisizione della prima paziente.
2016:
 Studio clinico ed analisi dei risultati.
I work packages
1. Coordinamento tra le sezioni INFN coinvolte, con
Elettra e Azienda Ospedaliero Universitaria TS.
2. Adeguamento della facility di mammografia
3. Detector: caratterizzazione e integrazione
4. Algoritmi di ricostruzione: CT a bassa dose
(metodi iterativi) e phase retrival
5. Dosimetria
6. Controlli di qualità (da attivare nel II anno)
7. Protocolli e software gestione esame, CQ (II
anno)
8. Protocollo clinico e validazione radiologica
9. Richiesta di autorizzazione al comitato etico
WP 2: Adeguamento della
facility di mammografia
 Dal
2006 è operativa presso la linea di
luce SYRMEP ad Elettra-Sincrotrone
Trieste una facility di mammografia
clinica
 radiazione
uscente da un magnete
curvante.
 E’
stato progettata considerando la
naturale evoluzione alla tomografia
Patient Room
Patient support
Detector and
Exposimeter
Beam
Breast
compression
system
Patient positioning
tomography
mammography
WP 2: 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 immobilizzare il
seno in scansione
 nuovo supporto detector
WP3 Detector:
caratterizzazione e integrazione
E’ stato scelto per questo progetto Pixirad:
detector a conteggio di fotoni, alta efficienza
e risoluzione spaziale adeguata all'imaging in
contrasto di fase.
 Adattamento del DAQ per la specifica
applicazione
 Caratterizzazione del detector alla beamline
SYRMEP alle energie del progetto
 Acquisizione di immagini

oggetti qualitativi e di calibrazione, reperti
operatori
PIXIRAD
WP3 Detector:
caratterizzazione e integrazione
E’ stato scelto per questo progetto Pixirad:
detector a conteggio di fotoni, alta efficienza
e risoluzione spaziale adeguata all'imaging in
contrasto di fase.
 Adattamento del DAQ per la specifica
applicazione
 Caratterizzazione del detector alla beamline
SYRMEP alle energie del progetto
 Acquisizione di immagini

oggetti qualitativi e di calibrazione, reperti
operatori
WP4: Algoritmi di ricostruzione
tomografica e di fase
 Implementazione
di CT multislice spirale
con fascio parallelo
 Studio di algoritmi CT con ridotto numero
di proiezioni (e dose)

Tecniche iterative di nuova generazione
 Studio

algoritmi di phase retrieval
trovare l'algoritmo ottimale non essendo una
mammella un oggetto di fase e dato il
modesto edge enhancement
Immagini tomografiche
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)
WP5: Dosimetria
ottimizzazione e certificazione

Definizione delle grandezze dosimetriche di
interesse per la autorizzazione del comitato etico


Recupero in parte dell’esperienza di BCT
Simulazioni per ottimizzare energia e algoritmo
di scansione per ottenere acquisizioni alle dose
volute

confrontabile con la mammografia convenzionale
• 1.5 mGy x 2 proiezioni

misure di validazione delle simulazioni

Modalità di acquisizione di centraggio
 Definizione relazioni per il sistema di sicurezza

dosi integrate per giro su rototraslazione
Dose control and safety system
safety shutter 1
Ionization
chamber A
Imaging
shutter
Ionization
chamber B
Safety
shutter 2
IWORID 2011 - Renata
Longo
Distribuzione di dose
Più proiezioni
1 proiezione
attorno al paziente
dose [Gy]
profili di dose
profondità all'interno del fantoccio [mm]
Simulazioni:
M. Costa
WP6:Sviluppo protocolli per i
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 (abbiamo una convenzione
in essere che regola questi aspetti)
 Funzionamento HW
 Funzionamento SW
 Protocollo

I parametri impostati vengono applicati
 Dosimetrici
WP7: Protocolli e software
gestione esame
(da attivare nel II anno)
 Detector:


interfaccia con il sistema di acquisizione
integrazione con sistema di gestione
dell’esame
protocollo d’esame
 Definizione e realizzazione nuovo SHMI
 Implementazione

Supervision and Human-Machine Interface
 Definizione
e realizzazione procedure
SW/HW per CQ
WP8: Validazione medica
 Definizione


protocollo clinico
Protocollo di arruolamento: quali pazienti
eleggibili ?
Selezione della regione da studiare
 Reperimento

campioni di interesse
Campioni chirurgici
 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
Note finali
 Ricerca
traslazionale
 Raccoglie e valorizza competenze “di
eccellenza” dell’INFN

Detector (PI), algoritmi (SS, TS), dosimetria
(FE, NA, BO), phase imaging (TS, SS)
 Una
collaborazione gia’ consolidata con
i medici (radiologi e anatomopatologi) e
con Elettra