Capitolo 5 Risultati e conclusioni

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Capitolo 5

Risultati e conclusioni

Dopo la messa a punto ottenuta mediante la calibrazione, sono state misurate la risoluzione energetica, la risoluzione spaziale e la sensibilità del tomografo in modalità planare (una sola vista). Successivamente, con l’analisi delle immagini tomografiche ricostruite a partire da dati acquisiti su fantocci (scansioni su 64 viste), è stata testata la capacità del tomografo di rivelare lesioni tumorali nella mammella. Per tutte le misure sul tomografo è stata montata solo la testa n. 1.

5.1 Risoluzione energetica

Come anticipato nel paragrafo 4.2.5, per la misura della risoluzione energetica `e stata usato lo spettro calibrato ottenuto nell’ambito della calibrazione software (fig. 4.23), che rappresenta l’istogramma delle energie degli eventi acquisiti con il fantoccio planare riempito con99mTc. Il valore di risoluzione energetica ottenuto per il picco a 140 keV `e 13%, calcolato come

RE =

∆E

E (5.1)

dove ∆E `e la FWHM del picco. Al valore di ∆E corrisponde una σ di

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ca 8 keV, che giustifica i valori delle soglie usate per la correzione di efficienza (132-156 keV).

5.2 Risoluzione spaziale

Per le misure di risoluzione spaziale `e stata usata la sorgente puntiforme di

57_{Co da 1.5 MBq gi`a adoperata per la calibrazione hardware. Nel primo set di}

misure l’obiettivo è stato quello di misurare la risoluzione spaziale intrinseca a 6 cm del tomografo. La sorgente è stata posta a una distanza di 6 cm dal collimatore e spostata a step di 2 mm parallelamente al rivelatore; ad ogni step sono stati acquisiti 2000 blocchi di eventi. Tramite SPlanoMaker, per ogni acquisizione è stato calcolato il planogramma: i files prodotti sono stati aperti con ImageJ e visualizzati come immagini planari di 67 × 19 pixels. I conteggi nei pixels ad ogni step sono stati riportati nel grafico di fig. 5.1, dove ogni linea spezzata di diverso colore rappresenta l’evoluzione dei conteggi in un pixel al variare della posizione della sorgente.

Figura 5.1: Misura della risoluzione intrinseca a 6 cm dal collimatore ottenuta spostando una sorgente puntiforme di57_{Co parallelamente al rivelatore. A ciascun}

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La risoluzione spaziale intrinseca, calcolata come media delle FWHM delle spezzate, `e risultata essere 6.7 mm.

Per valutare l’efficacia della ricostruzione delle immagini planari e testare la capacità di imaging del sistema su tutta l’area del rivelatore sono state confrontate la risoluzione spaziale nell’area attiva e quella nella zona morta. Nei due set di misure effettuati la sorgente è stata posta di fronte alla regione investigata a tre diverse distanze dal collimatore: 0.5 cm, 3 cm e 6 cm. Per ogni acquisizione è stata prodotta un’immagine planare su cui è stata calcolata la risoluzione spaziale (FWHM del profilo centrale dell’immagine). I risultati delle misure sono riportati in fig. 5.2 (dove le immagini sono state “zoomate” su un ritaglio di 10 × 10 pixels) ed evidenziano una buona efficacia nel recupero della zona morta.

Figura 5.2: Risoluzioni spaziali nell’area attiva e nella zona morta a confronto. Le immagini planari sono state ottenute ponendo la sorgente di57Co di fronte a ognu-na delle due regioni a 0.5, 3 e 6 cm dal collimatore. Di ogni immagine `e riportato un ritaglio di 10 × 10 pixels, corrispondente a una regione di 22 × 22 mm2_.

Le risoluzioni spaziali mediate fra le due zone sono state messe a confronto con quelle ottenute dalle simulazioni, mostrando un buon accordo fra i valori

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spe-rimentali e quelli simulati (fig. 5.3). Estrapolando i dati misurati si ottiene per la risoluzione spaziale a 0 cm un valore di 2.2 mm.

Figura 5.3: Confronto fra risoluzione spaziale sperimentale e simulata. I valori ottenuti mostrano un buon accordo.

5.3 Sensibilit`a

Con la sorgente di57Co posizionata a 6 cm dal collimatore è stata anche misurata la sensibilità del rivelatore, sia nella zona morta che nell’area attiva. In entrambe le regioni il valore di sensibilità ottenuto entro una finestra energetica compresa fra 114 keV e 138 keV è stato di 140 cps/MBq.

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5.4 Immagini tomografiche

Dopo la caratterizzazione in modalità planare presentata nei capitoli precedenti, il tomografo SPEMT è stato utilizzato in modalità tomografica (multivista) per una prima valutazione della sua effettiva capacità di rivelare lesioni tumorali. A questo scopo è stato approntato un fantoccio riproducente la mammella con una lesione al suo interno. Come mammella è stato usato un cilindro di diametro 9.5 cm e volume 600 cc; in esso è stata immersa una sfera di 8 mm di diametro (0.27 cc) riproducente il tumore, sostenuta da un piccolo catetere di plastica (fig. 5.4).

Figura 5.4: A sinistra: fantoccio di mammella cilindrico posizionato sul tomo-grafo SPEMT (montato con una sola testa). A destra: inserimento del “tumore” sferico all’interno del cilindro.

Il fantoccio cilindrico è stato riempito con una soluzione acquosa di 99mTc con concentrazione 100 nCi/cc, simile a quella usata nella clinica. La sfera è stata riempita con un’analoga soluzione a concentrazione più alta, in modo da ottenere due diversi rapporti T/B (10:1 e 6:1). Sono state fatte due acquisizioni, una per ogni valore di T/B, con 64 viste su 360◦ e raggio di rotazione 6.5 cm. La durata di ogni scansione, 40 minuti, è stata determinata dall’uso di una sola testa ed è equivalente ai 20 minuti di scan con due teste previsto dalla clinica.

L’analisi dei dati di ciascuna acquisizione tramite SPlanoMaker ha prodot-to i sinogrammi che sono stati utilizzati dall’algoritmo di ricostruzione 3D per ottenere le immagini tomografiche.

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Le dimensioni delle immagini sono di 67 × 67 pixels ×19 slices, con dimen-sione del voxel di 2.2 × 2.2 × 2.2 mm3. In fig. 5.5 e fig. 5.6 sono riportati alcuni esempi di immagini 2D di singole slices, rispettivamente per lo scan con T/B = 10:1 e per quello con T/B = 6:1. Le slices transassiali sono perpendicolari all’asse di rotazione, mentre le slices assiali sono parallele all’asse; per ogni slice sono stati inseriti i valori di SNR e IC calcolati sull’immagine. Nelle due figure sono riportate anche le immagini ricostruite a partire dai dati delle simulazioni Monte Carlo: il fantoccio simulato è quello di 10 cm di diametro con lesione di 8 mm di diametro, mentre i valori di T/B sono analoghi a quelli reali (10:1 e 5:1). Il confronto su SNR e IC evidenzia, anche in questo caso, la compatibilità fra i valori sperimentali e quelli simulati, confermando nella realtà sperimentale le performance attese del tomografo.

Figura 5.5: A sinistra: immagini tomografiche relative allo scan con T/B = 10:1. A destra: immagine ricostruita dalla simulazione Monte Carlo con analogo T/B.

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Figura 5.6: A sinistra: immagini tomografiche relative allo scan con T/B = 6:1. A destra: immagine ricostruita dalla simulazione Monte Carlo con analogo T/B.

Conclusioni

Il tomografo SPEMT, oggetto dello studio della presente tesi, è stato assem-blato e calibrato. Per la calibrazione è stato sviluppato un software dedicato a partire da quello già disponibile per l’acquisizione e parte dell’analisi dei dati. Il nuovo software fornisce anche i files di input (sinogrammi) per l’algoritmo di ri-costruzione 3D che produce le immagini tomografiche. Per testare la capacità di imaging del tomografo, dopo la messa a punto sono state effettuate misure sia in modalità planare che tomografica. Gli obiettivi delle misure erano principalmente due:

• Valutare la capacit`a delle due teste di rivelazione, costituite ciascuna da un array di tre fotomoltiplicatori, di recuperare le informazioni relative ai cristalli che si affacciano sulla zona morta fra un fototubo e l’altro.

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• Verificare sperimentalmente le performance attese del tomografo, calcolate mediante tecniche di simulazione Monte Carlo, in termini di efficacia di rivelazione delle lesioni tumorali nella mammella.

I risultati delle misure, presentati in questo capitolo, consentono di affermare che entrambe le valutazioni hanno avuto un esito positivo. Da un lato, infatti, le misure di risoluzione energetica, risoluzione spaziale e sensibilità mostrano che il peggioramento delle prestazioni del rivelatore nella zona morta è trascurabile e non inficia la capacità di imaging del sistema. Dall’altro, l’analisi delle immagini tomografiche del fantoccio ottenute in condizioni cliniche (in termini di attività del background, rapporto di concentrazione T/B e tempo di acquisizione equiva-lente) dimostra che i valori di SNR e IC sono in linea con quelli ottenuti con le simulazioni Monte Carlo nelle stesse condizioni. Queste prestazioni consentono al tomografo di visualizzare “lesioni” sferiche di 8 mm di diametro (0.27 cc) con rapporto T/B di 6:1.

In conclusione, il tomografo SPEMT dovrebbe essere in grado di rivelare tu-mori della mammella di piccole dimensioni (T1b). A questo scopo dovr`a essere approntato un nuovo software di acquisizione che gestisca entrambe le teste di rivelazione, per raddoppiare la sensibilit`a e ridurre a 20 minuti la durata della scansione.

I risultati di questa ricerca sono stati presentati alla IEEE-NSS-MIC che si `e tenuta a Honolulu, HI (USA) dal 28 ottobre al 3 novembre 2007 [Bel07].