Nuovi sviluppi di uno strumento per la mammografia ottica e caratterizzazione delle prestazioni

Optical mammography has proved to be of great interest as a complementary technique to X-ray mammography for its capability to provide functional information that promote an early valuation of breast cancer’s conditions and for the usage of not tissue damaging light sources. The optical mammograph developed at the Dipartimento di Fisica is a time-domain system at 7 wavelengths (637-1060 nm) and allows to get information on breast composition. During the thesis some elements have been introduced and characterized with the aim to increase the signal intensity and so the quality of the obtainable informations. The acquisition system, a Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) board, has been replaced by a digital system, a Time-to-Digital Converter (TDC) in which a time axis non linearity has been found. For this, 3 different correction methods have been proposed. A configuration of the TDC has been identified to reduce the dead time associated to a measure, getting values under 1%. The photomultiplier tube (PMT) previously used as detectors have been replaced by a set of 8 Silicon Photomultiplier (SiPM). A protocol for performance assessment (MEDPHOT protocol) has been performed and results of linearity and accuracy in line with the previous version of the system have been obtained. A responsivity assessment of the new detector system (SiPM and TDC) shows a gain up to 980 at 1060 nm respect to the previous version of the system. So it’s possible a better assessment of collagen content. High count rates (up to 50% of the laser frequency) have been reached with the TCSPC board and the TDC, showing that the latter is less sensitive to the limits and signal distorsions typical of analogic board for TCSPC. An image of a phantom has been acquired, evaluating positively the system capability of identifying absorbing and scattering inclusions in a diffusive medium by the Gated Intensity Imaging technique.

La mammografia ottica si è mostrata di grande interesse come tecnica complementare alla mammografia a raggi X per la capacità di fornire informazioni funzionali che favoriscono una valutazione precoce delle condizioni del tumore al seno e per l’impiego di sorgenti non dannose per il tessuto. Il mammografo ottico sviluppato presso il Dipartimento di Fisica è un sistema che lavora nel dominio del tempo a 7 lunghezze d’onda (637-1060 nm) e permette di ottenere informazioni sulla composizione del seno. Nel lavoro di tesi sono stati introdotti e caratterizzati vari elementi innovativi per migliorare il livello di segnale e quindi la qualità dell’informazione ottenuta. Il sistema di acquisizione, una scheda per Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC), è sostituita da un sistema digitale, un Time-to-Digital Converter (TDC) nel quale è stata individuata una non linearità dell’asse dei tempi e per la quale sono stati proposti 3 metodi di correzione. Si è individuata una configurazione del TDC per ridurre il tempo morto associato a una misura raggiungendo valori inferiori all’1%. I tubi fotomoltiplicatori (PMT) usati come rivelatori sono stati sostituti da un insieme di 8 Silicon Photomultiplier (SiPM). È stato eseguito un protocollo per la valutazione delle prestazioni del sistema (protocollo MEDPHOT) ottenendo risultati di linearità e accuratezza in linea rispetto al sistema precedente. Una valutazione della responsività del nuovo sistema di rivelazione formato dai SiPM e il TDC mostra un guadagno maggiore fino a un fattore 980 a 1060 nm rispetto alla precedente configurazione, permettendo in particolare una più accurata valutazione del contenuto di collagene. Sono stati investigati count rate di misura fino al 50% della frequenza del laser con la scheda per TCSPC e con il TDC mostrando come quest’ultimo sia meno affetto dai limiti e dalle distorsioni di segnale tipici delle schede analogiche per TCSPC. È stata infine acquisita un’immagine di un phantom valutando positivamente la capacità del sistema di individuare inclusioni dal carattere assorbente e diffondente all’interno di un mezzo diffusivo anche tramite la tecnica Gated Intensity Imaging.