SYRMA CT Synchrotron Radiation Mammography Computed Tomography Obiettivo

SYRMA – CT Synchrotron 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: ü absorption coefficient: b absorption index ü refractive index decrement: d phase shift index ü 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 ke. V

Absorption imaging and free space propagation imaging Position object Incoming Free propagation Transmitted Intensity Transmitted Position Absorption Incoming a object 10<a<100 mrad Intensity ICATPP 2011 - Renata Longo

Selected images DM PCM 2. 4 cm compressed breast 2. 7 cm compressed breast 27 k. Vp Mo/Rh ICATPP 2011 - Renata Longo 17 ke. V MGD 1. 1 m. Gy CONV obl MGD 1. 2 m. Gy SR obl

Work packages WP 1: Coordinamento tra le sezioni INFN coinvolte e con Elettra e l'Az. Osp. Univ. di Trieste WP 2: Adeguamento della facility di mammografia WP 3: Detector Pixirad: caratterizzazione e integrazione WP 4: Algoritmi di ricostruzione tomografica e di fase WP 5: Dosimetria: ottimizzazione e certificazione WP 6: Controlli di qualità (da attivare nel II anno) WP 7: Protocolli e software gestione esame (da attivare nel II anno) WP 8: medico-Esculapio WP 9: richiesta di autorizzazione al comitato etico

Work package 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 il seno in scansione • nuovo supporto detector

Patient Room Patient support Detector and Exposimeter Beam Breast compression system

Patient positioning tomography mammography

Work package 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 il seno in scansione • nuovo supporto detector

Work package 3 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)

PIXIRAD

Work package 3 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 4 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

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)

Work package 5 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).

Dose control and safety system safety shutter 1 Ionization chamber A Imaging shutter Safety shutter 2 IWORID 2011 - Renata Longo Ionization chamber B

Work package 6 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 7 Protocolli 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 Intermedi 2014: 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 TS Missioni: 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