Tomografia al Seno con Luce di Sincrotrone F.Arfelli, A.Bergamaschi, D.Dreossi, R.Longo, A.Olivo, S.Pani, L.Rigon, C.Venanzi, E.Castelli

La tomografia Informazione sulla profondita’ E’ assente la sovrapposizione delle strutture Applicata alla mammografia Ottimale per seni spessi e densi Permette di definire la forma delle lesioni Argomento di ricerca all’avanguardia oggetto rivelatore fascio laminare Un’immagine tomografica si ottiene acquisendo immagini planari a diverse proiezioni angolari dell’oggetto da radiografare e quindi ricostruendo l’immagine con tecniche off line. Cio’ che si ottiene e’ un’immagine delle sezioni dell’oggetto che poi possono venire assemblate per ricostruire un’immagine 3D. Questo permette di rimuovere la sovrapposizione delle diverse strutture ed in particolare in mammo e’ indicata per seni spessi e densi e permette di distinguere bene la forma delle lesioni che e’ importante per discriminare strutture benigne da maligne. Inoltre si tratta di un campo di ricerca all’avanguardia in quanto fin’ora non e’ stata applicabile sia per la mancanza di riv digitali per mammo, sia per le dosi troppo elevate.

Matisse MAmmographic and Tomographic Imaging with Silicon detectors and Synchrotron radiation at Elettra Fascio laminare monocromatico di luce di sincrotrone Rivelatore digitale a microstrip Ottimizzazione energia Niente indurimento del fascio Assenza di artefatti Divergenza trascurabile Digitale indispensabile Alta efficienza Riduzione della dose Alta risoluzione Riduzione scattering Single photon counting Massimo contrasto Matisse agisce sia sulla sorgente sia sul rivelatore. Fascio monocromatico evita indurimento del fascio e quindi scompaiono gli artefatti. L’alta efficienza del riv a microstrip edge on permette di ridurre la dose. Rsoluzione circa 1mm????

SYRMA: La beam line per pazienti Beam line modificata per esami su pazienti Prime pazienti nel 2004 Fenditure in vuoto Monocromatore Filtri in aria Beam stopper Otturatori veloci Camere a ionizzazione FASCIO SS Stazione mammografica Elementi di controllo Elementi di sicurezza SELEZIONE ENERGIA SELEZIONE FLUSSO E GEOMETRIA La linea e’ stata modificata per esami su pazienti con principi di sicurezza, ridondanza, affidabilita’. Fine 2004/inizio 2005 prime pazienti per mammo planare, ma tutto e’ predisposto per passare asap alla tomo. Setup tomografico gia’ predisposto

L’upgrade della beam line Movimentazione lettino Sistema di allineamento del detector Sistema di controllo e sicurezza Fast shutter Sicurezza tomografica Con Matisse si vuole perfezionare la movimentazione del lettino per tomo (altissima precisione, sicurezza paziente..) Sistema di allineamento detector per avere asse di rotazione ortogonale al rivelatore (altrimenti artefatti!). Integrare il tutto nel sistema di sicurezza e controllo della linea updatato per la tomo. Posizionamento rivelatore

Il rivelatore MATISSE Geometria “edge on” Read Out a Alta efficienza Alta risoluzione Read Out a Single Photon Counting Massimo contrasto Segnali ridotti ( ~¼ MIP) Richiesta alta velocita’ Rivelatore matisse si basa sui principi dei precedenti riv SYRMEP e quindi geometria edge on del microstrip per alta efficienza, SPC per alto SNR, ma bisogna stare attenti che I segnali sono piccoli e con I pazienti bisogna essere veloce

Il progetto Rivelatore finalizzato ad esami clinici Progetto finale 2 layers ognuno di 2 rivelatori (13cm + 11cm, ma ne attrezziamo solo 20), sona di giunzione traslata per non avere colonne morte nell’immagine. Passo prima dell’utilizzo su pazienti quindi affidabilita’, ridondanza,sicurezza. Tutto integrato nel sistema di controllo SYRMA Rivelatore finalizzato ad esami clinici Integrazione nel sistema di controllo e sicurezza SYRMA

Il rivelatore a microstrip Pixel 100 x 300 µm2 Lunghezza strip 2cm, Zona morta ridotta fino a 200µm Guard ring su 3 lati Efficienza >70% Bassa corrente di buio (0.1 nA/strip) Rivelatori pixel 100x300, assorbimento 100%, piccola zona morta. Efficienza >70% energie mammo, circa 80% energie tomo.

L’elettronica di frontend Alto guadagno Almeno 100 mV/fC Basso rumore Poche centinaia di e- ENC Alta velocita’ 100% efficienza a 100 kHz/pixel Piccolo ingombro Matching con pitch 100 µm del detector L’elettronica di frontend e’ il punto + delicato: segnali molto piccoli quindi alto guadagno basso rumore per buona discriminazione. Necessaria alta velocita’ per fare in fretta. 100% a 100kHz poissoniani significa rate di conteggio 1MHz uniforme (1us segnale). Per fare grande sistema serve piccolo ingombro (max 200um effettivi per canale)

VA64 + LS64 Guadagno 100mV/fC 500 e- di rumore 75 ns peaking time Uscite digitali parallele VA64 LS64 FPGA Dopo ricerca di mercato dove abbiamo visto che c’e’ pochissimo che soddisfa le nostre esigenza abbiamo scelto IDEAS. Progettati per leggere gli HPD del RICH di BTeV. Comperati da Airwatch per I fototubi. Tante belle specifiche, dovrei vedere energia 11 keV con rate circa 300kHz(???)

Il Read Out Implementata mediante FPGA Contatori paralleli a 16 bit Shift register per il readout seriale La lettura contemporanea all’’acquisizione e’ in fase di progettazione Siccome ha uscite parallele serve FPGA per read out. Per ora solo contatori con shift register, si prevede di integrare tutto il read out azzerando I tempi morti.

Il sistema di lettura MATwish controlla: VME GPIB Crate VME Repeater Detector board Motori 16 bit I/O register Pulse Generator Power supply bias PC Linux MATwish controlla: VME Inizializzazione ASIC Read Out da FPGA GPIB Movimentazione motori Visualizzazione immagine Sistema di acquisizione controlla detector e movimentazione. C, Tcl/Tk, visualizzazione immagine

Il primo prototipo 3.3V ±2V 1.8V 5V Alta complessita’ contiene asic, fpga (apex 20k!), eprom, tutte con alimentazioni diverse e quindi molti dispositivi per distribuire alimentazioni, segnali del livello giusto.

Bench tests Ingresso di calibrazione 100% efficienza fino a 1MHz Eccesso di conteggi Doppi conteggi Crosstalk

Beam tests Osservati fotoni fino a 15 keV Eccesso di conteggi Eccesso di rumore stimato dagli scan

Misura con Sorgente 241Am Grosso problema di cross-talk Risolto in laboratorio

Attivita’ 2003 Realizzazione e test del prototipo a 64 canali Progettazione del sistema di acquisizione e sicurezza tomografico Prime immagini con il prototipo a 64 canali (Luglio) Realizzazione di una nuova scheda di lettura Read Out senza tempi morti Realizzazione di una scheda a 4 ASIC Utilizzo FBGA Progettazione e realizzazione fast shutter Progettazione della meccanica di allineamento del rivelatore Fatto il prottipo, il progetto di acquisizione e sicurezza tomo, progettazione meccanica rivelatore. Da fare prime immagini con prototipo, nuova repeater,schead a 256 canali

Attivita’ 2004 Montaggio sistema di allineamento e integrazione del detector nel sistema di controllo della beam line Realizzazione di una tomografia in modalita’ paziente con prototipo a 256 canali (30/06/2004) Implementazione definitiva della logica di lettura (30/06/2004) Realizzazione di una probe card e test degli ASIC Realizzazione scheda a 32 ASIC (2048 canali) (31/12/2004) Nel 2004 facciamo l’allineamento alla beam line e giochiamo coi 256 canali, quindi a giugno prima tomo di piccole dimensioni! Intanto test asic, disegno 32 chip e logica di lettura definitiva.