X-Ray Phase-Contrast Tomography: Underlying Physics and Developments for Breast Imaging

تصویربرداری با اشعه ایکس سنگ بنای تشخیص سرطان سینه است. توموگرافی با کنتراست فاز با استفاده از تغییر فاز اشعه ایکس به جای تضعیف آن، این پتانسیل را دارد که به طور چشمگیری دید ویژگی های کوچک و کم کنتراست را افزایش دهد، در نتیجه منجر به تشخیص بهتر می شود. این پایان نامه تحقیقاتی را بر روی اولین پروژه مبتنی بر سنکروترون ارائه می کند که یک راه اندازی توموگرافی کامپیوتری سینه با فاز کنتراست (CT) در Elettra، مرکز تشعشع سینکروترون ایتالیایی ایجاد می کند. این کتاب شامل یک پیش‌زمینه نظری جامع در تصویربرداری کنتراست فاز مبتنی بر انتشار، کاوش و گسترش جدیدترین مدل‌های تشکیل تصویر است. همراه با تئوری، بسیاری از مسائل اجرایی و بهینه‌سازی، از پردازش خاص آشکارساز تا هندسه راه‌اندازی، بر اساس تعداد زیادی شواهد تجربی مورد بررسی قرار می‌گیرند. اکثر نتایج مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل داده‌ها دارای اعتبار کلی هستند و چارچوبی ارزشمند برای بهینه‌سازی تنظیمات فاز-کنتراست هستند. نتایج به‌دست‌آمده در سینکروترون نیز با منابع آزمایشگاهی «دنیای واقعی» مقایسه می‌شود: هم اولین مقایسه در نوع خود با یکی از معدود سیستم‌های سی تی سینه بیمارستانی و هم اجرای پیشرفته فاز تک رنگ. میکروتوموگرافی کنتراست با یک منبع آند دوار معمولی ارائه شده است. در سطح کلی‌تر، این کار اهمیت برنامه‌های بالینی مبتنی بر سنکروترون را روشن می‌کند، که کلیدی برای راه‌اندازی انتقال تصویر کنتراست فازی از سنکروترون‌ها به بیمارستان‌ها هستند.

X-ray imaging is a corner stone of breast cancer diagnosis. By exploiting the phase shift of X-rays rather than their attenuation, phase-contrast tomography has the potential to dramatically increase the visibility of small and low contrast features, thus leading to better diagnosis. This thesis presents research on the first synchrotron-based project developing a clinical phase-contrast breast computed tomography (CT) setup at Elettra, the Italian Syncrotron Radiation Facility. This book includes a comprehensive theoretical background on propagation-based phase-contrast imaging, exploring and extending the most recent image formation models. Along with theory, many practical implementation and optimization issues, ranging from detector-specific processing to setup geometry, are tackled on the basis of a large number of experimental evidences. Most of the modelling results and data analysis have general validity, being a valuable framework for optimization of phase-contrast setups. Results obtained at synchrotron are also compared with "real world" laboratory sources: both a first-of-its-kind comparison with one of the few hospital breast CT systems and a state-of-the-art implementation of monochromatic phase-contrast micro-tomography with a conventional rotating anode source are presented. On a more general level, this work sheds a light on the importance of synchrotron-based clinical programs, which are key to trigger the long-anticipated transition of phase-contrast imaging from synchrotrons to hospitals.