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, gambaccini@fe.infn.it)

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)

Conventional Dual-energy

ContrastEnhancedDigitalMammography

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)

StudiodelRitornoVenosoCerebrale

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

Confrontotra:•  Flussireali(costan6epulsa6)

•  Flussicalcola6dalsistemaeco-Doppler

Flow quantification by using Magnetic Resonance

SPIN software (MRI Institute, Detroit, USA)

(collaboration with the Institute of Biostructures and Bioimaging, Naples)

Tesitriennale:misuradelladensitàdienergiatrasportatadalleShockWave

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20 25 30

0

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30

40

50

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70

80

90

0 5 10 15 20 25 30

pressio

neacus@ca

intensità

acus@ca