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Tesi etd-10062004-180003


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Ciani, Giacomo
email address
giacomo.ciani@pi.infn.it
URN
etd-10062004-180003
Title
Studio e ottimizzazione di alcuni parametri nell'ambito della radiografia a doppia energia
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
FISICA
Supervisors
relatore Dott.ssa Rosso, Valeria
Parole chiave
  • medipix
  • dual energy
Data inizio appello
22/10/2004;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
La tecnica radiografica si presta a molteplici applicazioni in
svariati campi dell'attività umana: fra i più rilevanti ci sono
senz'altro le applicazioni mediche, che permetto indagini non
invasive e, attraverso programmi di screening, diagnosi precoci.

La natura integrale della misura radiografica comporta pero' alcuni
limiti, che sono in grossa parte superabili con l'utilizzo della
tecnica a doppia energia, che sfrutta due immagini radiografiche
acquisite in corrispondenza di due diverse energie della radiazione
incidente per estrapolare ulteriori informazioni sui materiali che
compongono il campione. Una particolare implementazione di questa
tecnica, proposta da Alvarez e Macovsky sfruttando l'espressione
approssimata del coefficiente di attenuazione lineare per energie
nel range utilizzato in medicina, prevede la rappresentazione di un
dato spessore di un qualsiasi materiale 'xi' come somma di spessori
'equivalenti' di due materiali 'alpha' e 'beta' scelti come base.
Questo permette quindi di ottenere due campioni dei materiali
'alpha' e 'beta' che, sovrapposti, presentino le stesse proprieta'
di attenuazione del campione originale, indipendentemente
dall'energia della radiazione incidente. Il vantaggio di tale
procedura consiste poi nel poter sintetizzare, con opportune
combinazioni lineari dei due campioni di base, immagini con
interessanti proprieta':

Per trarre il massimo vantaggio da questo tipo di elaborazioni
appare inoltre chiaramente vantaggioso poter lavorare con immagini
digitali: benche' un'immagine digitale si possa ottenere dalle
tradizionali lastre radiografiche, sono gia' in commercio molti
sistemi che ne permettono un'acquisizione diretta, approccio che
garantisce una lunga serie di vantaggi sia a livello di gestione che
di qualita'. In particolare i sensori digitali, oltre a presentare
una maggior flessibilita' di utilizzo, danno la possibilita', rispetto
alle tecniche tradizionali, di ottenere un piu' ampio range dinamico
e una risposta lineare.

Scopo di questo lavoro di tesi e' quello di verificare l'impatto di
alcune variabili sui risultati ottenuti dall'applicazione della
tecnica a doppia energia nel campo mammografico, evidenziando
eventuali parametri critici e aprendo la strada per una sua
ottimizzazione: in particolare abbiamo verificato la sensibilita' dei
risultati al contrasto intrinseco dei campioni, ai fasci utilizzati
per ottenere le immagini originali, e alla base scelta per la
scomposizione. Dopo una breve introduzione ai principi della
radiografia tradizionale e digitale, con una piccola digressione sui
parametri di qualita' (Capitolo 1), si descrive la teoria della
tecnica dual energy e il suo adattamento all'utilizzo di fasci
policromatici, mettendone in luce gli aspetti di rilievo dal punto
di vista applicativo e proponendo alcune varianti sia teoriche che
di implementazione (Capitolo 2). Successivamente (Capitolo 3) si
descrive l'apparto utilizzato per le acquisizioni, con particolare
riguardo per il sistema digitale a conteggio di singolo fotone.
Infine (Capitolo 4) si espongono i risultati ottenuti, su immagini
di fantocci di diverso spessore appositamente preparati, usando tre
diversi fasci per l'immagine ad alta energia e quattro diverse basi
per la scomposizione.

I valori ottenuti mostrano come ci sia una forte dipendenza della
qualita' delle immagini dalla distribuzione in energia dei fasci
utilizzati. Non altrettanto si puo' dire per le basi scelte per la
scomposizione: in particolare sembra che l'utilizzo di una base
generica, non legata a materiali reali e senza le conseguenti
necessita' di procedure di calibrazione, possa dare risultati di poco
inferiori a quelli delle altre basi. Questo suggerisce che la
specifica implementazione da noi utilizzata, sebbene lasci
intravedere possibili margini di miglioramento dei risultati
introducendo parametri sui quali si puo' lavorare per compensare
alcune difficolta' sperimentali, non e' ancora sufficientemente matura
da risultare vantaggiosa al confronto di procedure piu' semplici.
Appare comunque chiaro dalle misure effettuate che la tecnica dual
energy è estremamente potente, e permette gia' adesso di ottenere
risultati di tutto riguardo su alcune tipologie di immagine e per
alcuni scopi.

Il lavoro si conclude con l'esposizione dei risultati ottenuti
applicando la tecnica ad una serie di campioni autoptici, alcuni dei
quali presentano patologie.
L'applicazione di questa tecnica
puo' portare grandi vantaggi nel campo mammografico: i tessuti
adiposo e ghiandolare presenti nella mammella formano infatti
sull'immagine un pattern irregolare che contribuisce a ridurre la
visibilita' di eventuali patologie da parte del medico. Riuscire ad
annullare il contrasto tra i due tessuti sani promette di aumentare
notevolmente la visibilita' di particolari di interesse medico, e con
essa la capacita' di formulare diagnosi precoci, fondamentali per
poter sperare nel successo di eventuali terapie.
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