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ClearPEM Project 1 Projecto ClearPEM Ciência 2007, Gulbenkien, 13 Abril 2007 Projecto e construção de um sistema de Tomogragrafia por Emissão de Positrões.

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1 ClearPEM Project 1 Projecto 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

2 ClearPEM Project 2 Experiência CMS no LHC Depois de 15 anos a projectá-lo e construí-lo… …aprendemos a fazer coisas difíceis!

3 ClearPEM Project 3 Projecto 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

4 ClearPEM Project 4 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 Mamografia ~ 40 pessoas Finaciamento

5 ClearPEM Project 5 TagusLIP Área quente dedicada ao trabalho com fontes radioactivas Laboratório de instrumentação médica no TagusPark Inaugurado em Nov 04

6 ClearPEM Project 6 Fluorine-18 Fluordeoxyglucose (FDG) Tomografia 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

7 ClearPEM Project 7 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 ClearPEM

8 ClearPEM Project 8 Sistema de Imagiologia ClearPEM Exames à mama e à axila Exames 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

9 ClearPEM Project 9 Modelo do detector ClearPEM Detector ClearPEM Duas placas detectoras 192 matrizes de cristal Superfície: 14×16 cm cristais LYSO:Ce ( 2x2x20 mm ) Fotodíodos de Avalanche (12000 APDs) Electrónica baixo ruído (12000 amplif.) Aquisição de dados com elevada largura de banda Elevada densidade de integração: 27 canais / cm 2 Estabelecer um novo estado-da-arte

10 ClearPEM Project 10 Módulos de Detecção LYSO-APD Matriz de Cristal Módulos do Detector Controlo de Qualidade: Uniformidade de Ganho Resolução em Energia Resolução em DoI Cross-Talk

11 ClearPEM Project 11 Integração 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

12 ClearPEM Project 12 ASIC de Leitura e Digitalização 5.8 mm 1.6 mm Chip encapsuladoChip 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

13 ClearPEM Project 13 Carta 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 Detectora Electromechanical safety switch Cable carrier Detector heads Adapter for source mounting Collision detection switches Water distribution block Patch Panel Desenho Mecânico Integração do detector Placas Detectoras

14 ClearPEM Project 14 Desenho do Sistema de Arrefecimento Temperatura do detector é estabilizada a 18 o C Implementação do Sistema de Arrefecimento Sistema de Arrefecimento do Detector

15 ClearPEM Project 15 4 cartas DAQ Carta TGR/DCC Star-Fabric mezzanine 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 DAQCarta TRG/DCC Controlo Processamento Interface PCI Sistema de Aquisição de Dados

16 ClearPEM Project 16 Gestor de Serviços Gestor de Aquisição Servidor DAQ Servidor de Serviços Altas-Tensões Baixas Tensões Servidores e Computação Sistema de Teste

17 ClearPEM Project 17 Armário de Controlo Robô Implementação do manipulador robótico Manipulador Robótico Cofiguração para a mamaConfiguração para a axila Desenho do manipulador robótico

18 ClearPEM Project 18 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 mm Imagens sobrepostas Imagens de uma fonte deslocada Imagens de Fonte com 1 mm

19 ClearPEM Project 19 Lesão visível ao fim de 5min de aquisição Dados de simulação Imagens Recontruídas de Lesões Lesão de 7 mm ØLesão de 10 mm ØLesão de 5 mm Ø Algoritmo de reconstrução 3D-OSEM adaptado à geometria de placas paralelas

20 ClearPEM Project 20 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.


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