SYRMA – CT Synchrotron Radiation Mammography Computed Tomography

1. 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 SYRMA – CTSynchrotron Radiation Mammography Computed Tomography

2. 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

3. Why phase techniques in mammography ? Refractive index: • absorption coefficient: b absorption index • refractive index decrement: d 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

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

5. ICATPP 2011 - Renata Longo Selected images CONV obl SR obl DM 2.4 cm compressed breast 27 kVp Mo/Rh MGD 1.1 mGy PCM 2.7 cm compressed breast 17 keV MGD 1.2 mGy

6. 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

7. 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

8. Patient Room Patient support Detector and Exposimeter Beam Breast compression system

9. tomography Patient positioning mammography

10. 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

11. 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)

12. PIXIRAD

13. 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)

14. 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

15. Phase retrieval Phase contrast VSPhase retrieval Phase contrast 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)

16. 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).

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

18. 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

19. 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

20. Work package 8 • Validazione medica • Esculapio • Definizione protocollo clinico • Reperimento campioni di interesse • Validazione radiologica della qualità delle immagini scout e tomografiche

21. Work package 9 • Richiesta di autorizzazione • al comitato etico dell’azienda ospedaliero universitaria Ospedali Riuniti di Trieste

22. 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.

23. 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

24. Sezione di TS Renata Longo 80% FulviaArfelli 70% Luigi Rigon 70% Christian Fedon 100% EdoardoCastelli + 1 laureando + 1 dottorando 1 mese/uomoofficinameccanica

25. Sezione di TS Missioni: 6 keuro (viaggi del coordinatore + congressi) Inventariabile: Camera a ionizzazionecalibrata 10 keuro Manutenzione: 1 keuro Speseservizi: 3.5 keuro Calibrazionedellecamere a ionizzazione dellalinea SYRMEP da parte di ENEA Consumo: Adeguamentobeamline+dosimetri 8 keuro TOTALE 28.5 keuro