gruppo di fisica medica - infn sezione di ferrara
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Gruppo di Fisica Medica
Dott. Paolo Cardarelli Dott. Adriano Contillo
Dott. Giovanni Di Domenico Prof. Mauro Gambaccini Dott. Michele Marziani
Dott. Gaia Pupillo Dott. Francesco Sisini
Prof. Angelo Taibi
Dottorandi: G. Gadda, E. Consoli, N. Mohamed, V. Tavoni
Obie%vo:• Studiodelflussosanguignoincaro6deegiugulareincondizionifisiologicheepatologiche.
Lavoroinlaboratorio:• Costruzionediuncircuitoidraulicochesimulilacircolazionesanguignanelcollo;
• Analisidellarispostadiunsistemaeco-Doppleraflussicostan6epulsa6consondafissa;
• ValutazionedeivalorioDenu6dallemisureeffeDuatedapersonaleesperto.
Gruppo di Fisica Medica
Prof. Mauro Gambaccini
(stanza 307, [email protected])
Dott. Giovanni Di DomenicoDott. Michele Marziani
Dott. Angelo TaibiDott. Francesco Sisini
Dott. Paolo CardarelliGaia Pupillo
Irena MucollariGiacomo Gadda
Fisica Medicaapplicazioni della fisica alla medicina
Il gruppo di Ferrara si occupa principalmente di diagnostica per immagini:
- radiologia: utilizzo di immagini prodotte da raggi-x
- medicina nucleare: utilizzo di immagini prodotte da radiazione provenienti da decadimenti nucleari (raggi gamma)
- ecografia utilizzo di immagini prodotte dall'interazione di ultrasuoni con I tessuti
Laboratori presso UNIFE
Larix (Polo Scientifico Tecnologico)
Laboratorio Medicina Nucleare (polo chimico bio-medico)
Laboratorio Eco-Fluidodinamica (Polo Scientifico Tecnologico)
Tecnologie coinvolte
Produzione raggi X (tubo a raggi X, compton inverso) Monocromatizzazione raggi X (diffrazione da cristalli) Rivelatori per immagini (radiografia digitale, PET, SPECT) Elaborazione immagini digitali (tecniche di sottrazione energetica, ricostruzione tomografica) Simulazioni Monte Carlo (interazione radiazione-materia, imaging, rivelatori) Ecografia (studio flussi sanguigni)
Principali esperimenti 2016-2017
SYRMA-3D (INFN) TECHN-OSP (INFN) Drain Brain (ASI) CEDM (Trasf. Tecnologico) ELI – NP Gamma beam system (EU collaboration)
�DEVELOPMENTOFAPHASE-SENSITIVECTSYSTEMFORBREASTIMAGINGWITHSYNCHROTRONRADIATION
P.Delogu4,F.Arfelli1,R.Bellazzini2,A.Brez2,F.Brun6,F.DiLillo5,D.Dreossi6,C.Fedon1,B.Golosio3,G.MeAvier5,M.MinuC2,P.Oliva3,M.Pichera2,L.Rigon1,P.Russo5,A.Sarno5,G.Spandre2,G.Tromba6,R.Longo1
AbstractTheSYRMA-CTprojectaimstoset-upthefirstclinicaltrialofphase-contrastbreastComputedTomographywithSynchrotronRadia@on.Inordertocombinehighimagequalityandlowdelivereddose,anumberofinnova@veelementsaremerged:• alargeareaCdTesinglephotoncoun@ngdetector(Pixirad-8);• state-of-the-artCTreconstruc@onalgorithms;• phaseretrievalpre-processing.
PIXIRAD-8detector
Pa@entroomandacquisi@onsetup
Reconstruc@onalgorithms
Pa@entcarbon-fibersupport
Detector
Thepa6entisplacedinproneposi6ononthepa6entsupport.Thesupportcanbemovedinver6caldirec6onandcanrotatecon6nuouslyallowingtheacquisi6onoftheprojec6ons.
Direc@onofthex-raybeam
X-raysource • Largearea(250X25mm2)
• CdTesensor(650μmthick)
• Pixelsize60μminexagonalarrangement
• SinglePhotonCoun6ngwithtwocountersperpixel
• DeadTimeFree(DTF)acquisi6onmodality
• Upto30framespersecond(fps)
• Monochroma6cbeam(tunable,upto38keV)
• Beamsize210x3mm2
• Maxfluencerateavailableat38keV:107phmm-2s-1
Theprojec6onscanbeacquiredat30fps,DTFmodality,atmaximumx-rayfluencerate.LowdoseimagescanbeobtainedusingaluminumaDenuators.Theangularspeedofthepa6entsupportis4.5os-1allowingtheacquisi6onofacomplete180osetof1200projec6onsin40seconds.
1UniversitàdiTrieste&INFN,Trieste/Italy,2INFNPisa&PiXiradImagingCounterssrl,Pisa/Italy,3UniversitàdegliStudidiSassari&INFN,Sassari/Italy,
4UniversitàdiPisa&INFN,Pisa/Italy,5UniversitàdiNapoliFedericoII&INFN,Napoli/Italy,6EleVra-SincrotroneTriesteS.C.p.A,Basovizza,Trieste/Italy.
Wetesteddifferentalgorithms:FilteredBackProjec6on(FBP),Itera6vemethods(SART),PhaseRetrievalpreprocessing,toop6mizetheacquisi6onsetup(numberofprojec6ons,dose,voxelsizeetc.).
Slicefromareconstruc6onofanex-vivo12cmdiametersample.• Energy:38keV
• Lowdose(5mGy)
• 1200projec6ons
• FBPalgorithmwithPhaseRetrievalpreprocessing
• 120x120x120μm3voxelsize
Glandular@ssue
• Highspa6alcoherenceallowsthein-linephase-contrastimaging
Fat@ssue
Micro-calcifica@ons
Water
Air
Interna@onalWorkshoponRadia@onImagingDetectors,3-7July2016,Barcelona,Spain.
TECHN-OSP(LARAMED)
Durante la progettazione e lo sviluppo del target si
devono ottimizzare:
● Aspetti termomeccanici (dissipazione del calore),
● Resa nuclidica (misura della sezione d'urto),
●Processamento radio-chimico dell’isotopo prodotto
INTERDISCIPLINARITA` !
Fisica Teorica e Nucleare, Fisica MEDICA, Chimica, Radiochimica,
Biologia, Farmacia, Medicina Nucleare …
E' importante avere diversi RADIOTRACCIANTI:
● per ottenere immagini (radioisotopi che emettono
radiazione γ e β+)
● per fare terapia (radiazione α e β-)
Opportunita’ditesi“INFN”
• SviluppodiunprotocolloperCdQ(SYRMA-3D)• Sviluppodifantocci“phase-contrast”(SYRMA-3D)
• Odmizzazionesistemadiimagingγ(TECHN-OSP)• Inserimentonelgruppo“LARAMED”(calcoloemisuradellesezionid’urtodiradionuclidieso@ci)
ReconstructedIodineDensi6es
Linear profiles of the larger sphere
Monoapproxima@on Polycorrec@on
Contillo et al, Med Phys 43, 2016
Contillo et al, Med Phys 42, 2015
Opportunita’ditesi“dual-energy”
• Odmizzazionediunmammografoclinico(trasf.tecnologico)
• Sviluppodifantoccimammografici• Miglioramentoalgoritmodiricostruzione
TheDrainBrainProjectDrain Brain è un progego approvato dall’Agenzia SpazialeItaliana (ASI) con lo scopo di sviluppare un disposi@voelegronico dego “ple@smografo”. Tale disposi@vo e’ statou@lizzatodallaprimaastronauta italiana inorbita, il capitanodell’aeronau@ca Samantha Cristofored (ESA), durante la suamissionesullastazionespazialeinternazionale(ISS).
hgp://www.asi.it/it/news/gli_esperimen@_di_samantha(ITA)hgp://www.nasa.gov/mission_pages/sta@on/research/experiments/1278.html(US)
Opportunita’ditesi“ple@smografo”
• Analisida@“astronauta”:gravita’vsmicrogravita’• Miglioramentodelple@smografoperindaginicliniche
• Simulazionedelritornovenosocerebraleinfunzionedelgradientegravitazionale
• Estensionedelmodellomatema@co(incollaborazioneconUniversita’diCracovia)
To validate a recent comprehensive lumped parameter model of the cerebral venous outflow system
Gadda et al. AM J Physiol (2015)
Mathematical model for the study of cerebral venous outflow
Gadda et al. AJNR (2016)
Tissue Simulation & Phantom TechnologyWWW.CIRSINC.COM
Blood Mimicking Fluid
Model 046
The Model 046 Blood Mimicking Fluid is intended for use in any flow phantom and with any type of pumping mechanism. It was formulated to simulate the acoustic and physical char-acteristics of blood, thus providing a stable and reliable fluid for Doppler studies and system evaluations.
The fluid is non-hazardous and is formulated to meet the requirements for recommended blood-mimicking fluid as described in the IEC 1685 draft specifications. The fluid is fully degassed prior to packaging to minimize noise from air bubbles. In addition the scatters are neutrally buoyant thus preventing clumping and settling of the particles. Each batch of fluid is tested for speed of sound, attenuation, density and viscosity traceable to NIST.
Sangue
CuoreCaro6dee
giugulare
Flow quantification by using Magnetic Resonance
SPIN software (MRI Institute, Detroit, USA)
(collaboration with the Institute of Biostructures and Bioimaging, Naples)