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 disincrotrone
Verona, AIFM 2005
Progetto MATISSEMAmmographic 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 m2
Verona, AIFM 2005
Mammografia e Tomografia con Luce di Sincrotrone
in Mammografia:
Alta flussi su largo spettro energetico
Utilizzo fascio monocromatico
scelta dell’energia 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 diffusaDivergenza Trascurabile
semplici algoritmi di ricostruzione
28 keV, 0.16 mGy
22 keV, 0.2 mGy
Ottimi risultati ottenuti con campioni in vitro
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SYRMEP beam-line
campione
camera ionizzazione
sorgente
fenditure
monocromatore
filtririvelatore
-Radiazione da magnete curvante sorgente = 1100m x140m
-Caratteristiche monocromatore:
-Area del fascio nella sala sperimentale: 140x4 mm2-Divergenza : orizzontale 7 mrad
verticale 0.155 mrad FWHM-Distanza sorgente-sala sperimentale:
23 m-Flusso a 17 keV, 2GeV, 300mA:
1.6 108 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
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Il Setup Clinico
Supporto rotante per il pazienteSala Radiologo
Sala Sperimentale
Sala Paziente
Al II pianoSala Controllo ed apparati
Sistema allineamento
per il rivelatore
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Il Rivelatore MATISSE
• Larghezza pari a quella del fascio (20 cm )
• 2 Strati con PCB ‘back-to-back’• 100 x300 m2 dimesioni pixel
• Efficienza 80% • Elettronica di lettura:
→ High Speed → Single Photon Counting
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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 d’energie 25-32 keV
Microstrip di silicio
in configurazione edge-on
Rivelare lesioni a basso contrasto acquisendo proiezioni con alcune centinaia di fotoni/pixel ognuna
QSi/QSe10
1.5 t
t
Pixel size
E
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conversione diretta fotoni/caricaalta efficienza grazie all’edge-onfacile rimozione della radiazione diffusa
regione ‘morta’necessaria scansione
Sensori microsrip di silicioprincipio di funzionamento
electronica di read-out
Raggi X
area ‘morta’ p+p+
n+
n
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Rivelatore a microstrip (Si)
Dark Current < 0.1 nA/strip
Efficienza:
Distanza di TaglioFino a 240 m
Guard Ring
Bias Line
Fascio Incidente
Pitch100 m
Lunghezza
Strip2 cm
0
20
40
60
80
100
17 22 27 32
X-ray energy (keV)
Efficie
ncy (
%)
Absorption effi ciency
Global effi ciency
Undepleted region attenuation
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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
Amplificatore e filtro
+1
Soglia
Dal rivelatore
Comparatore
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Matisse: Primo Prototipo a 64 Canali
VA64TAP LS64
rivelatore
FPGA0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 1000 2000 3000 4000
I njected Rate (kHz)M
easu
red R
ate
(kH
z)
• Segnali di Test iniettati attraverso la capacita’ di calibrazione
• Linearita’ fino a 3.5 MHz
Perdita nel rate
Perdita di contrasto
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Prime Immagini
Visibili contrasti <1%
104 ph/pixel
32 keV
28 keV
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 1 2 3 4 5Theoretical contrast (%)
Mea
sure
d co
ntra
st (
%)
C =IOUT - IIN
IOUT
SNR = IOUT - IIN
IOUT + IIN
Fantoccio CD
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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
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Conclusioni• L’uso 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 SYRMEP @ Elettra in fase di test
• Primi risultati ottenuti con il prototipo a 384 canali• Avvio di studio estensivo per l’ottimizzazione dei
parametri dell’elettronica di front-end
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RIVELATORE SECTRA http://www.sectra.se/medical/
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
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Risoluzione spaziale verticale
1.4 lp/mm 2 lp/mm 3 lp/mm 4.5 lp/mm 6 lp/mm
1.4 lp/mm 2 lp/mm 3 lp/mm 4.5 lp/mm 6 lp/mm
Acquisizionecon passo parialle dimensioni
del pixel (300 µm)
Acquisizionecon passo inferiore
alle dimensionidel pixel (50 µm)
Sensori con pixel 200x300 m:Tecniche di miglioramento della risoluzione
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MTF Sensori con pixel 200x300 m:
MTF (theoretical) 300 µm
MTF (theoretical) 20 µm
MTF estimated from the reconstructed image
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 4 8 12 16 20 24