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. A questo scopo le competenze di eccellenza maturate nell’INFN nell’ambito delle attivita’ di CSN5 confluiscono nel progetto per permettere il raggiungimento degli obiettivi in tempi brevi e con alte probabilita’ di successo. Il progetto si fonda anche sulla indispensabile collaborazione scientifica di ELETTRA e dell’Azienda Ospedaliero Universitaria di Trieste (AOU TS). Sezioni partecipanti: TS, PI, CA, NA, FE, BO Collaborazioni: Elettra, Az. Osp. Univ. Ospedali Riuniti Trieste

Contesto internazionale ● A Trieste (linea SYRMEP) e’ stato 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: absorption coefficient:  absorption index refractive index decrement:  phase shift index Absorption contrast decreases faster that phase contrast when energy increases Phase effects > absorption biological tissues, X ray energy keV

Absorption imaging and free space propagation imaging Free propagation Absorption object Incoming Transmitted Intensity Position  object Intensity Position Incoming Transmitted 10<  <100  rad ICATPP Renata Longo

SR obl CONV obl Selected images 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

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

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 2 (TS + ELETTRA, Resp. TS )

Patient Room Detector and Exposimeter Breastcompressionsystem Patient support Beam

Patient positioning mammographytomography

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 3 (PI + CA, Resp. PI)

PIXIRAD

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 Work package 4 (CA + TS, Resp. CA)

Phase contrast VS Phase retrieval Phase contrastPhase 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) (2011)

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). Work package 5 (NA + FE + BO + TS, Resp. NA)

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

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 6 (FE + TS, Resp. FE)

Work package 7 (ELETTRA + PI + TS, Resp. ELETTRA) 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 (TS + AOU TS, Resp. TS) Validazione medica Esculapio Definizione protocollo clinico Reperimento campioni di interesse Validazione radiologica della qualità delle immagini scout e tomografiche

Work package 9 (TS + ELETTRA + AOU TS) 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

Ricercatori partecipanti TS Renata Longo (PA) 80% Fulvia Arfelli(PA) 80% Luigi Rigon(RU) 80% Christian Fedon (Dott.) 100% Edoardo Castelli 5 Heads, 3.4 FTE BO Nico Lanconelli(RU) 90% Carolina V. Beccari(RU) 30% 2 Heads, 1.2 FTE TS Bruno Golosio(RU) 70% Viviana Fanti(RU) 30% Antonio Brunetti (PA) 100% Olivia Piernicola (RU) 20% 4 Heads, 2.2 FTE FE Mauro Gambaccini(PO) 20% G. Di Domenico(RU) 20% Gennaro Gisella (RU) 50% Michele Marziani(RU) 20% Angelo Taibi (RU) 40% Licia Uccelli(RU) 50% Paolo Cardarelli(Ass.) 30% 7 Heads, 2.3 FTE NA Giovanni Mettivier(RU) 100% Paolo Russo(PO) 100% A. Orientale(Dir. Med.) 20% 3 Heads, 2.2 FTE PI Pasquale Delogu(RU) 80% Ubaldo Bottigli(PO) 40% 2 Heads, 1.2 FTE Totale esperimento: 23 Heads, 12.5 FTE

Richieste finanziarie Struttura MissioniConsumoTrasportiManutenz.InventarioLicenze-SWTOTALI BO CA FE NA PI TS Totali