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Progetto MATISSE

Progetto MATISSE. MA mmographic and T omographic I maging with S ilicon detectors and S ynchrotron radiation at E lettra. Tomografia Digitale per la diagnosi di tumori al seno Fascio Monocromatico presso la Sorgente di Luce di Sincrotrone Elettra a Trieste Rivelatore a Stato Solido (Si):

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Presentation Transcript

  1. Progetto MATISSE MAmmographic and Tomographic Imaging with Silicon detectors and Synchrotron radiation at Elettra • Tomografia Digitale per la diagnosi di tumori al seno • Fascio Monocromatico presso la Sorgente di Luce di Sincrotrone Elettra a Trieste • Rivelatore a Stato Solido (Si): • Geometria “Edge-On” • Elettronica di Lettura Intergrata a “Single Photon Counting” • Dimensioni Pixel 100x300 mm2

  2. 22 keV, 0.2 mGy 28 keV, 0.16 mGy Ottimi risultati ottenuti con campioni in vitro Mammografia e Tomografia con Luce di Sincrotrone Vantaggi dati dalla Luce di Sincrotrone in Mammografia: Alta flussi su largo spettro energetico Utilizzo fascio monocromatico scelta dell’energia ottimale riduzione della dose Fascio laminare riduzione della radiazione diffusa necessaria scansione Sorgente di piccole dimensioni in Tomografia: Fascio monocromatico nessun arteffatto da hardening del fascio determinazione dei coeff. m dei tessuti Fascio laminare riduzione della radiazione diffusa Divergenza Trascurabile semplici algoritmi di ricostruzione

  3. camera ionizzazione campione monocromatore sorgente filtri rivelatore fenditure SYRMEP beam-line • Radiazione da magnete curvante sorgente = 1100m x140m • Caratteristiche monocromatore: • Area del fascio nella sala sperimentale: 140x4 mm2 • Divergenza : orizzontale 7 mrad verticale 0.155 mrad FWHM • Distanza sorgente-sala sperimentale: 23 m • Flusso a 17 keV, 2GeV, 300mA: 1.6 108 ph mm-2 s-1 • diffrazione alla Bragg • su un cristallo di Si (1,1,1) • intevallo energia 10 ÷ 35 keV • risoluzione energetica : 10-3

  4. Il Setup Clinico Sala Paziente Sala Sperimentale Al II piano Sala Controllo ed apparati Supporto rotante per il paziente Sala Radiologo Sistema allineamento per il rivelatore

  5. Larghezza pari a quella del fascio (20 cm ) 2 Strati con PCB ‘back-to-back’ 100 x300 m2 dimesioni pixel Il Rivelatore MATISSE • Efficienza 80% • Elettronica di lettura: • High Speed • Single Photon Counting

  6. t E  1.5 t  Pixel size Requisiti del rivelatore Rivelare calcificazioni di poche centinaia di m Rivelare lesioni a basso contrasto acquisendo proiezioni con alcune centinaia di fotoni/pixel ognuna Elettronica di lettura: a basso rumore singolo conteggio di fontone Rivelazione con conversione diretta • Microstrip di silicio • in configurazione edge-on • Range d’energie 25-32 keV QSi/QSe10

  7. p+ p+ area ‘morta’ n n+ Raggi X Sensori microsrip di silicio principio di funzionamento electronica di read-out • conversione diretta fotoni/carica • alta efficienza grazie all’edge-on • facile rimozione della radiazione diffusa • regione ‘morta’ • necessaria scansione

  8. Bias Line Pitch 100 m Guard Ring Lunghezza Strip 2 cm Distanza di Taglio Fino a 240 m Fascio Incidente Rivelatore a microstrip (Si) Dark Current < 0.1 nA/strip Efficienza:

  9. Single Photon Counting Guadagno 100 mV/fC 500 e- ENC 75 ns Peaking Time 64 Canali Uscite Digitali Parallele Read-Out con FPGA Elettronica di Front-End Soglia +1 Amplificatore e filtro Comparatore Dal rivelatore LS64 VA64_tap

  10. Matisse: Primo Prototipo a 64 Canali rivelatore Perdita nel rate  Perdita di contrasto VA64TAP LS64 FPGA • Segnali di Test iniettati attraverso la capacita’ di calibrazione • Linearita’ fino a 3.5 MHz

  11. 28 keV 32 keV IOUT - IIN IOUT C = IOUT - IIN IOUT + IIN SNR = Prime Immagini Fantoccio CD Visibili contrasti <1% 104 ph/pixel

  12. Prototipo a 384 canali:MATSIX Prime misure ad Elettra Fantoccio CD a 20 keV Presenza di artefatti: Problemi di stabilità e rumore da risolvere • Larghezza sensibile 3.84 cm • Candidato a divenire un • modulo per il riveltore finale

  13. Conclusioni • L’uso di Luce di Sincrotrone per immagini al seno e’ considerata un potente mezzo per la diagnosi precoce di tumori in casi non risolti con tecniche tradizionali • La mammografia digitale e’ un importante campo per lo sviluppo di rivelatori • Setup per la tomografia clinica alla beam line SYRMEP @ Elettra in fase di test • Primi risultati ottenuti con il prototipo a 384 canali • Avvio di studio estensivo per l’ottimizzazione dei parametri dell’elettronica di front-end

  14. RIVELATORE SECTRA MicroDose Mammography™ Efficienza assorbimento (sensori Si in ‘edge-on’), Front-end a conteggio di fotone http://www.sectra.se/medical/ Tesi dottorato M.LundqvistSilicon strip detectors for scanned multi-slit X-ray imaging Campo visuale 24x26 cm

  15. Risoluzione spaziale verticale Sensori con pixel 200x300 mm: Tecniche di miglioramento della risoluzione Acquisizione con passo pari alle dimensioni del pixel (300 µm) Acquisizione con passo inferiore alle dimensioni del pixel (50 µm)

  16. 1,2 MTF (theoretical) 300 µm MTF (theoretical) 20 µm 1 MTF estimated from the reconstructed image 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 4 8 12 16 20 24 MTF Sensori con pixel 200x300 mm:

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