ClearPEM Project 1 Projecto ClearPEM Ciência 2007, Gulbenkien, 13 Abril 2007 Projecto e...
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1ClearPEM Project
Projecto ClearPEMProjecto ClearPEM
Ciência 2007, Gulbenkien, 13 Abril 2007
Projecto e construção de um sistema de Tomogragrafia por Emissão de Positrões (PET)
para Mamografia partindo de tecnologias importadas da Física experimental de Partículas
Da Física de Partículas às Ciências da Saúde
Rui Moura, LIP
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Experiência CMS no LHCExperiência CMS no LHC
Depois de 15 anos a projectá-lo e construí-lo…
…aprendemos a fazer coisas difíceis!
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Projecto PET MamografiaProjecto PET Mamografia
Objectivo:Desenvolver e construir em Portugal um protótipo PET estado-da-arte dedicado à detecção do cancro da mama.
ClearPEM
Estratégia:Criar um Consórcio Nacional capaz de fazer o desenvolvimento
Estabelecer parcerias internacionais para validar e difundir a tecnologia:
Crystal Clear Collaboration no CERN
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• LIP (Lab. Instrumentação e Física Experimental Partículas)– Coordenação Científica– Simulação e Detectores de Radiação– Arquitectura dos sistemas electrónicos
• INOV – INESC Inovação e INESC – id (Inst. Engª Sistemas Computadores)
– Desenvolvimento de Sistemas Electrónicos– Circuitos Integrados (ASIC, FPGAs)
• HGO Hospital Garcia de Orta– Especificação e Ensaios Clínicos
• INEGI (Inst. Engª Mecânica e Gestão Industrial)– Sistemas Mecânicos e Electromecânicos
• IBEB (Inst. Biofísica e Engª Biomédica, Fac. Ciências Lisboa) – Algorítmos e software de reconstrução de Imagem
• IBILI (Inst. Biomédico Investigação Luz e Imagem, Univ. Coimbra)– Software online e Radioisótopos
• Taguspark– Promotor. Valorização Industrial.
Consórcio PET MamografiaConsórcio PET Mamografia
~ 40 pessoas Finaciamento
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TagusLIPTagusLIP
Área quente dedicada ao trabalho com fontes radioactivas
Laboratório de instrumentação médica no TagusPark
Inaugurado em Nov 04
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Fluorine-18 Fluordeoxyglucose Fluorine-18 Fluordeoxyglucose (FDG)(FDG)
A A
Tomografia por Emissão de PositrãoTomografia por Emissão de Positrão
Detecção de Fotões
Processamento de Sinal
Aquisição de Dados
Reconstrução de Imagem
FDG - glucose com F-18 (radiofármaco)
Aniquilação do positrão: e+e-
Dois fotões de 511keV em direcções opostas
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Boa resolução espacial (1-2 mm):
Capacidade de medir a profundidade de interacção para evitar erros de paralaxe
Elevada sensibilidade para pequenos tumores:
Baixa dose injectada
Exames mais curtos
Sistema de aquisição de dados de alto desempenho
Baixo ruído de fundo nas imagens:
Boa resolução temporal
Electrónica no estado-da-arte
Requisitos ClearPEMRequisitos ClearPEM
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Sistema de Imagiologia ClearPEMSistema de Imagiologia ClearPEM
Exames à mama e à axilaExames à mama com o paciente de bruços
As placas rodam à volta do peito
As placas posicionam-se para examinar a axila
Manipulador robótico PEM
Placas detectoras PEM
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Modelo do detector ClearPEM
Detector ClearPEMDetector ClearPEM
Duas placas detectoras 192 matrizes de cristal Superfície: 14×16 cm2
6000 cristais LYSO:Ce ( 2x2x20 mm ) Fotodíodos de Avalanche (12’000 APD’s) Electrónica baixo ruído (12’000 amplif.) Aquisição de dados com elevada largura
de banda
Elevada densidade de integração:27 canais / cm2
Estabelecer um novo estado-da-arte
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Módulos de Detecção LYSO-APDMódulos de Detecção LYSO-APDMatriz de Cristal
Módulos do Detector
Controlo de Qualidade: Uniformidade de
Ganho Resolução em
Energia Resolução em DoI Cross-Talk
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Integração da Electrónica de LeituraIntegração da Electrónica de Leitura
Super-módulo Detector
Sistema compacto dentro das cabeças detectoras PEM: 6000 canais de sinais APD 400 linhas de alta-tensão 160 linhas de saída de alto-débito (600 MHz) Elevada frequência de relógio (100 MHz)
Carta de Frontend
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ASIC de Leitura e DigitalizaçãoASIC de Leitura e Digitalização
5.8 mm
1.6 mm
Chip encapsulado Chip
Electrónica de leitura do detector no estado-da-arte• Amplificadores de muito baixo ruído, memórias e multiplexers• Carga típica de entrada ~0.03 pico Coulomb
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Carta de serviço do detectorCarta de serviço do detector
• Regulação de altas-tensões
• Distribuição de baixas-tensões
• Monitorização de temperaturas
• Monitorização de pressão
• Controlo dos ASICs
• Relógio e sincronização
Panel de Conectores e Caixa DetectoraPanel de Conectores e Caixa Detectora
Electromechanical safety switch
Cable carrier
Detector heads
Adapter for source mounting
Collision detection switches
Water distribution block
Patch Panel
Desenho MecânicoDesenho Mecânico Integração do detectorIntegração do detector
Placas DetectorasPlacas Detectoras
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Desenho doDesenho doSistema de ArrefecimentoSistema de Arrefecimento
Temperatura do detector é estabilizada a 18 oC
Implementação doImplementação doSistema de ArrefecimentoSistema de Arrefecimento
Sistema de Arrefecimento do DetectorSistema de Arrefecimento do Detector
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4 cartas DAQ
Carta TGR/DCC
Star-Fabricmezzanine
Sistema DAQ final muito compacto
O sistema de aquisição de dados fica alojado numa crate com dois buses dedicados implementados em suporte CompactPCI.
Processamento Desserializadores
Controlo
Carta DAQ Carta TRG/DCC
Controlo
Processamento
Interface PCI
Sistema de Aquisição de DadosSistema de Aquisição de Dados
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Gestor de ServiçosGestor de Aquisição
Servidor DAQ
Servidor de Serviços
Altas-Tensões
Baixas Tensões
Servidores e Computação
Sistema de Teste
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ArmáriodeControlo
Robô
Implementação do manipulador robóticoImplementação do manipulador robóticoManipulador RobóticoManipulador Robótico
Cofiguração para a mama Configuração para a axila
Desenho do manipulador robóticoDesenho do manipulador robótico
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Imagem reconstruída de fonte de positrões (Na22) com 1 mm de diâmetro
Simulated Data
Dados
Simulação
Fonte radioactiva de Na22 com 1 mm Distância de deslocação 1.4 mmImagens sobrepostas
Imagens de uma fonte deslocadaImagens de uma fonte deslocada
Imagens de Fonte com 1 mm Imagens de Fonte com 1 mm
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Lesão visível ao fim de 5min de aquisição
Dados de simulação
Imagens Recontruídas de LesõesImagens Recontruídas de Lesões
Lesão de 7 mm ØLesão de 10 mm Ø Lesão de 5 mm Ø
Algoritmo de reconstrução 3D-OSEMadaptado à geometria de placas paralelas
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Conclusões
O protótipo de mamografia ClearPEM tem excelente desempenho já demonstrado em laboratório.
Todos os desenvolvimentos tecnológicos requeridos foram completados com sucesso.
O trabalho de integração está a ser concluído para dar início aos testes clínicos.