Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Trieste

PICASSO

I tumori sono la principale causa di decesso per le donne tra i 35 ed i 50 anni ed il tumore alla mammella è il più frequente in questo intevallo di età. Il consenso generale in ambito clinico è che la diagnosi precoce di questi tumori, seguita da un'opportuna terapia, possa aumentare la sopravvivenza fino a 20 anni e la radiologia diagnostica applicata alla mammografia gioca un ruolo chiave nella diagnosi precoce dei tumori.

Gli elementi base necessari per un esame radiologico sono due: una sorgente di radiazione X ed un rivelatore in grado di registrare l'intensità della radiazione trasmessa dal campione in funzione del punto del campione da osservare. Per ottimizzare l'esame mammografico in modo da ridurre la dose ed aumentare la qualità dell'immagine si può pensare di migliorare sia la sorgente sia il rivelatore.

Per quanto riguarda la sorgente il consenso generale è che un fascio di raggi X monocromatici sarebbe ideale per la radiografia: esso avrebbe anche il vantaggio di abbassare la dose necessaria per produrre un immagine visto che le componenti dello spettro diverse dall'energia principale sarebbero assenti. Un tale fascio può essere fornito con l'intensità necessaria solo da una sorgente di luce di sincrotrone come Elettra a Trieste. Il rivelatore ideale dovrebbe dal canto suo essere in grado di estrarre il massimo possibile di informazione dal fascio trasmesso attraverso il campione da esaminare. Ciò corrisponde a richiedere che il rivelatore sia in grado di rivelare ogni singolo fotone presente nel fascio stesso.

Il Gruppo SYRMEP (Synchrotron Radiation for Medical Physics) si è proposto fin dalla sua formazione, nel 1996, di affrontare contemporaneamente entrambi gli aspetti: ottimizzazione della sorgente ed ottimizzazione del rivelatore.

La fase preliminare

Gli esami mammografici su pazienti con radiazione di sincrotrone hanno avuto luogo tra marzo e aprile 2006 su 9 pazienti. Il rivelatore, posto a circa 2 metri dall'organo da  radiografare, nella posizione chiamata a "contrasto di fase" dal gruppo SYRMEP, era un convenzionale sistema schermo a pellicola, usato negli attuali mammografi clinici di tipo analogico.

La scelta del rivelatore veniva dettata a suo tempo dai seguenti argomenti:

  1. il reparto di radiologia dell'ospedale, con il quale il gruppo collabora, era dotato di un mammografo analogico e quindi si desiderava un confronto a parità di rivelatore, almeno nella prima fase;
  2.  la risoluzione spaziale richiesta per la mammografia in contrasto di fase poteva essere assicurata solamente dalla pellicola;
  3.  sembrava che i mammografi clinici digitali, di cui gli ospedali iniziavano a dotarsi, avessero pixel al massimo di 50 micron;
  4. il gruppo non aveva ancora un rivelatore digitale completo e funzionante da presentare al Comitato Etico, per chiedere il permesso di usarlo.

Ora la situazione è drasticamente cambiata.
Il reparto ospedaliero di riferimento possiede un mammografo digitale, con pixel di circa 100 micron e con un robusto software di post-processing dell'immagine, che per certi versi
simula anche il contasto di fase, per esempio nell'edge enhancement.
Il rivelatore Hamamatsu di SYRMEP, dotato di elettronica Mythen II di PSI, presenta pixel di 50 µm x 300 µm; nei test, lungo la direzione dei 50 µm si nota il contrasto di fase; i test successivi dovrebbero mostrare se nell'altra direzione, scansionando con passi opportuni e de-convolvendo, si ottiene anche qualche buon risultato. Si deve comunque tener presente che è possibile applicare un robusto post-processing.

Le Motivazioni

Già nella primissima presentazione di queste attività nel campo della mammografia con luce di sincrotrone (con l'esperimento SYRMEP, sempre di Gruppo 5) si prevedeva di migliorare da una parte la sorgente e dall'altra il rivelatore, contando di ottenere immagini radiografiche con maggiore informazione diagnostica.

I primi risultati finora ottenuti mostrano che i raggi X da sincrotrone costituiscono una sorgente di qualità superiore, rispetto a quella usuale di un tubo commerciale a raggi X. Il naturale e previsto passo ulteriore è proprio quello di passare dal rivelatore analogico a quello digitale, così come sta accadendo anche nella mammografia tradizionale.

La Proposta

Ispirandosi ad un articolo pubblicato nel 2001 (Olivo A, et al. "An innovative digital imaging set-up allowing a low-dose approach to phase contrast applications in the medical field" Medical Physics 28 (8): 1610-1619, 2001), articolo valutato in modo lusinghiero dal CIVR 2006, intendiamo proporre la costruzione di un sistema di rivelazione con il quale eseguire mammografie su pazienti.
Si tratta di un sistema a 2+2 rivelatori laminari di silicio, ognuno largo ~240mm, alto 0.3mm e profondo, nella direzione del fascio, 20 o 15 mm; nella direzione della larghezza il passo è di 50 µm e quindi un rivelatore avrà ~4800 canali. In sezione verticale la sistemazione geometrica di tali rivelatori è mostrata nelle seguenti figure.

In Fig. 1 si vede un solo rivelatore in dettaglio, mentre nella Fig. 2 si vede tutto il sistema di 4 piani tutti mobili in direzione verticale con un sistema meccanico ad alta precisione. Il fascio trasmesso di raggi X illumina la Stazione 1, nella quale i rivelatori sono vicini il più possibile per realizzare la geometria back-to-back con il minimo spazio morto in mezzo. La Stazione 2, se viene sitemata con i rivelatori fuori fascio, vede solamente i raggi X deviati ad un angolo che dipende dalla posizione dei rivelatori; se i rivelatori sono fuori fascio per pochi micron allora vedranno i fotoni deviati ad angolo piccolissimo; il fatto di poter muovere verticalmente i piani della Stazione 2 permetterà di studiare la migliore configurazione, secondo quanto è discusso nell'articolo citato precedentemente.

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