Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Trieste

BEATS2

La disponibilità di fasci X monocromatici con energia selezionabile rappresenta una svolta importante per l’aumento della qualità dell’informazione e la riduzione della dose in radiologia diagnostica e potenzialmente anche per il miglioramento della radioterapia.

La radiazione di sincrotrone è stata la prima sorgente di raggi X monocromatici ad essere sperimentata con grande successo in applicazioni mediche ma le dimensioni ed i costi attuali di tali apparati rendono difficile il loro utilizzo clinico.

Il fenomeno del Thomson Backscattering può fornire sorgenti di raggi X monocromatici nell'intervallo energetico della radiologia diagnostica con i flussi necessari alle applicazioni cliniche. Sorgenti di questo tipo sono in fase di sviluppo negli Stati Uniti, in Asia e in Europa. Una di queste è in fase di assemblaggio presso il laboratorio LI2FE dei Laboratori Nazionali INFN di Frascati ed i primi irraggiamenti sono previsti per la seconda metà del 2012.

BEATS2 (BEAm line from Thomson Source 2) è un progetto INFN di gruppo V che coinvolge molte sezioni su tutto il territorio nazionale (Bari, Cagliari, Ferrara, Laboratori Nazionali di Frascati, Milano, Pisa, Roma1 e Trieste) e si propone di:

Verificare sperimentalmente le possibili applicazioni alla mammografia del fascio X Thomson prodotto nei laboratori LI2FE di Frascati
Verificare la possibilità di imaging in assorbimento ed in contrasto di fase su oggetti test e fantocci spessi e non omogenei
Confrontare le immagini radiografiche con quelle prodotte dalla più recenti tecnologie mammografiche sia cliniche (mammografi digitali clinici) che di ricerca (mammografia con luce di sincrotrone)

Il ruolo della sezione di Trieste nella collaborazione

Il contributo della sezione INFN di Trieste può essere riassunto nei seguenti punti:

Sviluppo di tecniche ed algoritmi di imaging sensibili alla fase per immagini planari e tomografiche, tra cui la free-space propagation, con algoritmi di phase retrieval, il diffraction enhanced imaging e la grating interferometry (in collaborazione con i gruppi di Bari e Roma1)
Acquisizione presso la beamline SYRMEP ad Elettra di immagini per misure di validazione dei modelli matematici di cui sopra, utilizzando sia il detector sviluppato nel progetto PICASSO, caratterizzato da grande campo di vista, alta efficienza e risoluzione spaziale per uso clinico, che altri rivelatori, sia di uso clinico che di ricerca (in collaborazione con i gruppi di Bari, Cagliari Ferrara, Pisa e Roma1)
Calibrazione e caratterizzazione presso la beamline SYRMEP ad Elettra dei vari dispositivi da usare sulla linea Thomson di Frascati, nell’attesa che quest’ultima venga attivata nella seconda metà del 2012 (in collaborazione con i gruppi di Bari, Cagliari Ferrara, Pisa e Roma1)

Il software PITRE

Il logo del software PITRE

Per rendere agevole e standardizzare la simulazione e l’elaborazione delle immagini acquisite con le varie tecniche di fase, la sezione di Trieste ha sviluppato un software, detto PITRE (Phase-sensitive x-ray Image processing and Tomography REconstruction).

PITRE consente di applicare gli algoritmi di phase retrieval alle immagini planari o tomografiche prodotte mediante free-space propagation, l’elaborazione di immagini in diffraction enhanced imaging, e la ricostruzione delle immagini tomografiche a partire dalle proiezioni. PITRE è affiancato da un batch manager (PITRE_BM), che consente di eseguire una serie di elaborazioni e/o ricostruzioni in modo automatico, in modo da elaborate grandi quantità di dati con un limitato intervento da parte dell’utente.

Sia PITRE che PITRE_BM sono stati scritti in Interactive Data Language (IDL^®) e sono dotati di una interfaccia grafica user-friendly. PITRE e PITRE_BM sono dei programmi freeware, possono essere scaricati dalla pagina relativa a PITRE e possono essere eseguiti in ambiente windows scaricando sul proprio computer IDL Virtual Machine, senza bisogno di alcuna licenza.

H-PITRE

H-PITRE (High-performance software for Phase-sensitive x-ray Image processing and Tomography REconstruction) è un programma per la ricostruzione tomografica veloce, che usa le capacità di calcolo parallelo delle unità di elaborazione grafica GPU (Graphics Processing Unit) di NVIDIA.

Nel 2006-2007 NVIDIA ha rivoluzionato il mondo delle GPU introducendo una nuova architettura di elaborazione in parallelo detta CUDA. Questa architettura consente l'evoluzione dal paradigma della centralizzazione su CPU a quello del co-processing su CPU e GPU. La parte sequenziale dell'applicazione gira sulla CPU, mentre la parte più intensa del calcolo viene accelerata dalla GPU. Dal punto di vista dell'utente, il programma gira semplicemente più veloce, in quanto la GPU aumenta la performance.

La ricostruzione tomografica, che è un esempio di image processing intensivo, può sfruttare la GPU per ottenere una accelerazione. H-PITRE è stato sviluppato sulle basi di Qt, C++ e CUDA e - per il momento - consente la eleborazione dei dati acquisiti in tomografia con fascio parallelo. H-PITRE (versione beta) è freeware e può essere scaricato dalla pagina di H-PITRE.

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