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Verona, AIFM 2005 Venanzi C., Bergamaschi A., Dreossi D., Longo R., Olivo A., Pani S., Castelli E. Sviluppo di un sistema di rivelazione per tomografia.

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Presentazione sul tema: "Verona, AIFM 2005 Venanzi C., Bergamaschi A., Dreossi D., Longo R., Olivo A., Pani S., Castelli E. Sviluppo di un sistema di rivelazione per tomografia."— Transcript della presentazione:

1 Verona, AIFM 2005 Venanzi C., Bergamaschi A., Dreossi D., Longo R., Olivo A., Pani S., Castelli E. Sviluppo di un sistema di rivelazione per tomografia al seno con luce di sincrotrone

2 Verona, AIFM 2005 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 m 2

3 Verona, AIFM 2005 Mammografia e Tomografia con Luce di Sincrotrone in Mammografia: Alta flussi su largo spettro energetico Utilizzo fascio monocromatico scelta dellenergia ottimale riduzione della dose Fascio laminare riduzione della radiazione diffusa necessaria scansione Sorgente di piccole dimensioni Vantaggi dati dalla Luce di Sincrotrone in Tomografia: Fascio monocromatico nessun arteffatto da hardening del fascio determinazione dei coeff. dei tessuti Fascio laminare riduzione della radiazione diffusa Divergenza Trascurabile semplici algoritmi di ricostruzione 28 keV, 0.16 mGy 22 keV, 0.2 mGy Ottimi risultati ottenuti con campioni in vitro

4 Verona, AIFM 2005 SYRMEP beam-line campione camera ionizzazione sorgente fenditure monocromatore filtri rivelatore -Radiazione da magnete curvante sorgente = 1100 m x140 m -Caratteristiche monocromatore: -Area del fascio nella sala sperimentale: 140x4 mm2 -Divergenza : orizzontale 7 mrad verticale mrad FWHM -Distanza sorgente-sala sperimentale: 23 m -Flusso a 17 keV, 2GeV, 300mA: 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

5 Verona, AIFM 2005 Il Setup Clinico Supporto rotante per il paziente Sala Radiologo Sala Sperimentale Sala Paziente Al II piano Sala Controllo ed apparati Sistema allineamento per il rivelatore

6 Verona, AIFM 2005 Il Rivelatore MATISSE Larghezza pari a quella del fascio (20 cm ) 2 Strati con PCB back-to-back 100 x300 m 2 dimesioni pixel Efficienza 80% Elettronica di lettura: High Speed Single Photon Counting

7 Verona, AIFM 2005 Requisiti del rivelatore Elettronica di lettura: a basso rumore singolo conteggio di fontone Rivelare calcificazioni di poche centinaia di m Rivelazione con conversione diretta Range denergie keV Microstrip di silicio in configurazione edge-on Rivelare lesioni a basso contrasto acquisendo proiezioni con alcune centinaia di fotoni/pixel ognuna Q Si /Q Se t t Pixel size E

8 Verona, AIFM 2005 conversione diretta fotoni/carica alta efficienza grazie alledge-on facile rimozione della radiazione diffusa regione morta necessaria scansione Sensori microsrip di silicio principio di funzionamento electronica di read-out Raggi X area morta p+p+ p+p+ n+n+ n

9 Verona, AIFM 2005 Rivelatore a microstrip (Si) Dark Current < 0.1 nA/strip Efficienza: Distanza di Taglio Fino a 240 m Guard Ring Bias Line Fascio Incidente Pitch 100 m Lunghezza Strip 2 cm

10 Verona, AIFM 2005 Elettronica di Front-End Single Photon Counting Guadagno 100 mV/fC 500 e - ENC 75 ns Peaking Time 64 Canali Uscite Digitali Parallele Read-Out con FPGA VA64_tap LS64 Amplificator e e filtro +1 Soglia Dal rivelatore Comparatore

11 Verona, AIFM 2005 Matisse: Primo Prototipo a 64 Canali VA64TAP LS64 rivelatore FPGA Segnali di Test iniettati attraverso la capacita di calibrazione Linearita fino a 3.5 MHz Perdita nel rate Perdita di contrasto

12 Verona, AIFM 2005 Prime Immagini Visibili contrasti <1% 10 4 ph/pixel 32 keV 28 keV C = I OUT - I IN I OUT SNR = I OUT - I IN I OUT + I IN Fantoccio CD

13 Verona, AIFM 2005 Prototipo a 384 canali: MATSIX Prime misure ad Elettra Larghezza sensibile 3.84 cm Candidato a divenire un modulo per il riveltore finale Fantoccio CD a 20 keV Presenza di artefatti: Problemi di stabilità e rumore da risolvere

14 Verona, AIFM 2005 Conclusioni Luso 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 Elettra in fase di test Primi risultati ottenuti con il prototipo a 384 canali Avvio di studio estensivo per lottimizzazione dei parametri dellelettronica di front-end

15 Verona, AIFM 2005 RIVELATORE SECTRA Campo visuale 24x26 cm MicroDose Mammography Efficienza assorbimento (sensori Si in edge-on), Front-end a conteggio di fotone Tesi dottorato M.Lundqvist Silicon strip detectors for scanned multi-slit X-ray imaging

16 Verona, AIFM 2005 Risoluzione spaziale verticale Acquisizione con passo pari alle dimensioni del pixel (300 µm) Acquisizione con passo inferiore alle dimensioni del pixel (50 µm) Sensori con pixel 200x300 m: Tecniche di miglioramento della risoluzione

17 Verona, AIFM 2005 MTF Sensori con pixel 200x300 m: MTF (theoretical) 300 µm MTF (theoretical) 20 µm MTF estimated from the reconstructed image

18 Verona, AIFM 2005 EVENTUALI DOMANDE

19 Verona, AIFM 2005 Un Canale di MATISSE Secondo Stadio di Amplificazione selezionabile Soglia fine con 4 bit Uscita Global Trigger Disabilitazione del Canale Charge Preamplifier Counter with Loadable Shift register Level Shifter Gain stageShaper + Comparator Global Threshold 4 bit DAC VA64_tapLS64APEX20K Readout Logic

20 Verona, AIFM 2005 Imaging Tomografico Informazioni sulla profondita delle lesioni Nessuna sovraposizione di strutture Tomografia clinica con Tubo a Raggi X Tomografia con Luce di Sincrotrone Ricostruzione dellImmagine

21 Verona, AIFM 2005 SYRMA La SYRMEP pressi Elettra e stata modificata per effettuare esami clinici Primi pazienti??? Vacuum slits Monochromator Al filters Air Slits Beam stopper Fast shutters Ionization chambers BEAM SS Mammographic station SELEZIONE ENERGIA SELEZIONE FLUSSO E GEOMETRIA

22 Verona, AIFM 2005 Sistema di Acquisizione Repeater Scheda Rivelatore Crate VME 16 bit I/O register Generatore donde Alimentazione Elettronica Alimentazione Rivelatore PC Linux GUI, Image preview Motori GPIB Inizializzazione Amplificatore e Comparatore Logica di Lettura Allineamento Rivelatore SERIAL

23 Verona, AIFM 2005 Amplifier and Shaper +1 threshold From detector Comparator


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