MOIRA
(Molecular Imaging with Radionuclides)
- 2009, terzo anno
- scopo: costruzione del prototipo di un rivelatore “ideale” per SPECT per
small animal imaging (topi) per studi bio-medici di grande rilevanza
sanitaria e sociale (la aterosclerosi e’ la maggior causa di morte nei pasei
occidentali): rivelazione di placche aterosclerotiche vulnerabili (diagnosi) e
monitoring della diffusione di cellule staminali nella terapia dell’infarto del
miocardio e verifica degli effetti della (terapia).
- Non esistono, in pratica altre tecniche di imaging funzionale adatte.
- E’ necessaria la integrazione con altre tecniche di imaging (in particolare
per le celluel staminali (MRI ed ottica) sistema “aperto”
Caratteristiche necessarie
- elevata risoluzione spaziale (submillimetrica (0.3-0.6 mm) e buona
(possibilmente ottima) efficienza (complicato tradeoff)
- Field Of View (FOV) “sufficiente” (~ almeno ~ 33 x 33 mm2
(consente di “vedere” la parte essenziale dell’animale dal punto di vista
del cardiovascolare
- sistema “aperto” (possibilita’ di integrazione con altri rivelatori
(MRI, ottica)
attivita’ svolta fino a Giugno 2008
- Simulazione (Geant4)
- Costruzione di prototipi di
- CsI(Tl) 0.8 mm pitch + PSPMT (H9500(pixel anodico 3.0 mm) e MCP
Burle (1024 canali, pixel anodico 1.6 mm)) (ottimizzazione del
campionamento della luce emessa dallo scintillatore)
- problemi: area morta e numero di canali
- Utilizzo di elettronica con lettura individuale di tutti i canali disposizione
del gruppo da altri progetti, ma non ottimizzata
- Progetto di una nuova elettronica (schema)
- Misure su
- rivelazione di placche aterosclerotiche “vulnerabili” (suscettibili di
creare il caso clinico (distacco dalla parete  infarto del miocardio o
“stroke”)
- Non
esistono, in pratica altre tecniche di imaging funzionale. E’ necessaria
la integrazione con altre tecniche di imaging (in particolare per le celluel
staminali (MRI ed ottica) necessita’ di un sistema “aperto”
-Collaborazone con
- Johns Hopkins e Jefferson Lab (placche)
- Universsta’ di Roma e Genova e 2 Dipartimenti ISS per imaging
cellule staminali
Richiesta per il 2009
50×50 mm2 CsI(Na)
0.8 mm pitch
M = 2, FoV = 25×25 mm2
Confronto tra 3 possibili soluzioni
CsI(Tl) e Labr3 sono possibili ma
dievrsi
problemi.
Il
CsI(Na)
sembra la soluzione migliore
Le
misure
dopo
iniezione
in
peritoneo mostrano un significativa
diminuzione di uptake  necessita’
di valutazione di efficienza con
misure su topi
50×50 mm2 LaBr3(Ce)
4 mm thick,
3 mm thick window
M = 2,
FoV = 25×25 mm2
50×50 mm2 CsI(Tl)
0.8 mm pitch
M = 2,
FoV = 25×25 mm2
100×100 mm2 NaI(Tl)
1.2 mm pitch
M = 3, FoV = 33×33 mm2
Risoluzione spaziale intrinseca
dipende essenzialmente dal pixel (reale o virtuale)) dello scintillatore
Volendo ricostruire l'immagine di strutture di circa 0.5 mm in un campo di vista
(FoV) di circa 30 mm2 , ragionevole per vedere gli organi di un topo (regoipne
interessante per cardiovascolare),e' necessario avere un elemento di dettaglio non
piu' grande di 0.25 mm, la meta' dell'oggetto che si vuole ricostruire.
Cio' comporta quindi di avere un numero di pixel del rivelatore di circa 30 / 0.25 =
120.
Avere cento pixel sarebbe sufficiente a campionare con tre pixel oggetti delle
dimensioni di 1 mm, sempre nello stesso campo di vista, e puo' rappresentare un
compromesso tra il dettaglio e l'uniformita' del rivelatore (pixel molto piccoli o
rivelatori molto grandi sono meno uniformi per ragioni costruttive e per la presenza
di area.
Tutto cio' comporta la necessita' di avere un rivelatore con la stessa o migliore
risoluzione spaziale, ovvero l'utilizzo di pinhole di apertura inferiore a 0.5 mm,
mentre per la risoluzione intrinseca nel caso di uno scintillatore segmentato la
condizione e' automaticamente soddisfatta dalla diretta correlazione tra elemento
di dettaglio e risoluzione spaziale.
Alcuni risultati: simulazione
problemi di campionamento nelle zone morte
- problemi tecnologici: minori problemi di area morta, miglior risoluzione
energetica ma difficolta’ di costruzione di scintillatori nelle dimensioni volute,
igroscopicita’, necessta di finestra in vetro
CsI(Na): miglior matching tra spettro di emissione della luce e risposta
spettrale dei PSPMT
E’ la soluzione?
Alcune misure “di base”
CsI(Tl) 0.8 pitch, campionamento non buono (misure preliminari su campione con difetti )
System resolution vs intrinsic resolution for
different pinhole apertures
Tradeoff risoluzione spaziale/efficienza ed effetto della risoluzione intrinseca
Efficienza possibile con aumento del numero di rivelatori e tenica di multipinhole
Single pinhole 1
(0.5 mm)
1
0.03
8 detectors
8
8
0.022
System
response
correction
2.15
17.21
0.047
103.25
0.279
6
6
pinhole/detec
tor iamging
geometry
12-pinhole
2
206.51
0.558
geometry
(optimistic)
Non esiste “sul mercato” un rivelatore di tali caratteritiche (FOV = ~ 33 x 33
mm2, risoluzione spaziale (~ 0.8 mm  0.3 mm) (tradeoff con efficienza).
Il limite nel FOV e’ dato dalle dimensioni dei PSPMT.
In prospettiva con i SiPm (possibile coregistrazione contemporanea con MRI!) si
potrebbe avere un FOV 33 x 50 mm ( in pratica tutto il corpo del topo a parte
coda e testa.)
Misure su fantoccio con SPECT. Scitillatore: CsI(Tl) 1.0 mm pitch, 100 x 100 mm2 messo a
disposizione dal Johns Hopkins Collimatore pinhole. Ris. Spaziale 0.8 mm migliorabile a
scapito della efficienza ( 0.3 mm)
Misure su topi: rivelazione di placche vulnerabili
Misure di perfusione su topi per la verifica di possibili effetti della terapia della
riparazione dell’infarto con cellule staminali. Iniezione del tracciante in “tail vein”
Tail vein injection
3.5 mCi Tc99m-MIBI,
Acquisition started 1 h after injection
Sagittal slice
Coronal slice
Misure di perfusione su topi per la verifica
di possibili effetti della terapia della
riparazione dell’infarto con cellule staminali.
Iniezione del tracciante in peritoneo. Non e’
possibile effettuare iniezione ripetute in
vena su topi modello con infarto. Il
peritoneo e’ una via alternativa. Quanto
radiotracciante viene assorbito nel
miocardio?
Il risultato mostra la validita’ della tecnica.
C’e’ pero’ una riduzione di uptake. E’ quindi
necessario aumentare la efficienza del
sistema (maggior numero di rivelatori)
Peritoneum injection
4.6 mCi Tc99m-MIBI,
Acquisition started 3 h after injection
Trans-axial
Sagittal slice
Coronal
Coronal slice
Richieste
Sezione
Missioni
Missioni
Italia Italia
Missioni Missini
Costr.
estero
App.
(Keuro
Estero
(Keuro)
(K(euro)
Roma
Genova
5
5
20
6
Genova: Costruzione controller e backplane per 1024 canali (5 + 6 Keuro)
Roma/ISS: Scintillatore Cs(Na), housing in Tungsteno, collimator in tungsteno, interfaccia
interfaccia con gantry, chips (MAROC2 e costruione sk elettronica per 1024
canali (10 + 2 + 8 Keuro (valutazione approzssimata in attesa di offerte)
Totale: 31 Keuro
FTE : stessi del 2008 + 0.2 Genova (P. Ottonello, su elettronica))