Il Rivelatore Digitale per la beam line SYRMEP Perché mammografia digitale? Il rivelatore a microstrip al silicio L’immagine viene divisa in pixel e rappresentata mediante una matrice di numeri. Un rivelatore digitale registra l’intensità di raggi X che incide su ogni pixel. Ogni dato corrisponde ad una gradazione di grigio dell’immagine su pellicola Raggi X fotone - + Principi di funzionamento Il fotone che viene assorbito crea coppie lacuna–elettrone in numero proporzionale alla sua energia. Sotto l’azione di un campo elettrico gli elettroni si muovono verso il retro del rivelatore mentre le buche vengono raccolte dalla strip più vicina. 300 mm 100 mm La dimensione dei pixel del rivelatore è data dalla distanza tra le strip e dall’altezza del rivelatore. La risoluzione verticale può essere migliorata muovendo il fantoccio di un passo minore della dimensione del detector. Per diminuire la dose alla paziente si vuole massimizzare l’efficienza del rivelatore. Il rivelatore è orientato in modo che le strip siano parallele al fascio incidente. In questo modo lo spessore attraversato dai fotoni e maggiore di 1 cm e la probabilità che vengano assorbiti è circa del 100%. Siccome un fotone assorbito nello spazio tra il bordo del rivelatore e l’inizio delle strip non viene rivelato si cerca di diminuire la distanza tra il taglio e le strip di circa un fattore due rispetto al normale senza aumentare troppo il rumore del rivelatore. Si ottiene un’efficienza circa doppia rispetto a quella dei sistemi schermo-film tradizionali. 99 103 107 98 105 102 96 104 106 108 72 88 101 110 51 56 109 53 48 63 58 65 100 52 87 85 62 78 15 10 12 Vantaggi: Linearità rispetto all’esposizione Diverse modalità di visualizzazione Elaborazione dell’immagine Risparmio di spazio di archiviazione Eliminazione dei costi di sviluppo delle pellicole Trasmissione immagini per diagnosi a distanza Computer Aided Diagnosis Nell’ambito del progetto SYRMEP si è deciso di sviluppare un sistema di rivelazione digitale basato su un rivelatore a microstrip al silicio con elettronica di lettura operante in modalità di single photon counting. L’ elettronica di lettura Risultati Il sistema dgitale SYRMEP è stato utilizzato ad Elettra su fantocci mammografici a valutare la qualità delle immagini. L’immagine mostra il fantoccio di Ackermann che contiene dettagli di diverso tipo, contrasto e dimensione. L’elettronica di lettura conta i fotoni che vengono assorbiti da ogni pixel. Il rivelatore SYRMEP è stato utilizzato anche per acquisite immagini con le tecniche di contrasto di fase e diffrazione. Nell’immagine sono mostrate le immagini di alcuni dettagli organici della dimensione di poche centinaia di micron e di fili sottili di nylon acquisiti in contrasto di fase. Il segnale viene prima di tutto amplificato e filtrato per diminuire il rumore elettronico, quindi si procede al conteggio dei fotoni. Per distinguere il segnale dovuto ai fotoni da rumore si confronta l’ampiezza del segnale amplificato con un livello detto soglia: Se il segnale supera questo livello viene contato, altrimenti viene scartato. La carica raccolta da ogni strip del rivelatore viene inviata ad un canale dell’elettronica di lettura. Nell’immagine è mostrato un tessuto mammario acquisito alla beam line SYRMEP utilizzando il rivelatore digitale. La dose somministrata è circa 1/5 di quella utilizzata in mammografia tradizionale. soglia Dalla strip del rivelatore +1 La sezione di Trieste dell’INFN in collaborazione con Aurelia Microelettronica hanno sviluppato FROST, un circuito integrato specifico per questa applicazione in grado di garantire alto guadagno, basso rumore ed alta velocità in modo da ridurre la durata di una scansione a pochi secondi. L’utilizzo del rivelatore digitale permette di acquisire immagini tomografiche. L’immagine mostra la sezione di un tessuto mammario ottenuta con una dose inferiore a quella di una immagine planare in mammografia tradizionale. È ben visibile una microcalcificazione. Un nuovo rivelatore ottimizzato per tomografia finanziato dall’INFN è in fase di realizzazione.