Investigación y Proyectos

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Líneas principales de Investigación
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Monitorización de la terapia hadrónica

La terapia hadrónica es un tratamiento contra el cáncer que utiliza partículas cargadas masivas, generalmente protones o iones de Carbono. Este tipo de tratamiento presenta ventajas respecto a la radioterapia convencional de rayos X, puesto que permite concentrar la dosis de radiación en un menor volumen (el máximo de dosis se deposita en el llamado pico de Bragg) y reducir la dosis recibida por el tejido sano del paciente. Para obtener los máximos beneficio de la terapia hadrónica, es necesario contar con sistemas de monitorización que verifiquen la correcta deposición de dosis durante el tratamiento. Las partículas secundarias emitidas por el tejido durante la irradiación se pueden utilizar con este fin.


Telescopio Compton. El grupo IRIS trabaja en el desarrollo de un telescopio Compton basado en la novedosa tecnología de cristales de LaBr3 acoplados a SiPMs para monitorizar la administración de la dosis de radiación al paciente. MACACO (Medical Applications CompAct COmpton Camera) es un telescopio con tres planos detectores que hemos desarrollado, incluyendo la electrónica de lectura asociada y el código de reconstrucción de imágenes. La primera versión del prototipo fue desarrollada y testeada con éxito en el laboratorio y en pruebas en haz, en las que se obtuvieron imágenes de emisión de fotones de energías relacionadas con la terapia hadrónica y se observaron variaciones en el pico de Bragg con protones de 150 MeV. La mejora del prototipo con nuevos detectores que proporcionan mejor resolución y un código de reconstrucción de imágenes más evolucionado han permitido obtener imágenes de fuentes más complejas y de distribuciones de fotones emitidos durante la irradiación con protones sobre un fantoma de PMMA. El grupo continúa trabajando en la mejora tanto del prototipo experimental como de la reconstrucción de imagen para alcanzar las prestaciones necesarias para su aplicación en condiciones clínicas.


Monitorización de rayos gamma rápidos coaxiales. Varios prototipos de cámaras de rayos gamma se han venido desarrollando para verificación de rango en protonterapia, consistiendo típicamente de decenas o cientos de canales electrónicos, y están en fase de estudio clínico con resultados preliminares prometedores. Para facilitar la transferencia de esta tecnología al protocolo clínico rutinario, investigamos si se puede reducir el coste de estos prototipos y el espacio requerido, minimizando el número de canales, a la vez que incrementando significativamente la capacidad de los restantes de sostener altas tasas de conteo, sin sacrificar la precisión final. En concreto, tenemos como meta el desarrollo de un detector centelleador rápido y un sistema de adquisición de datos capaz de soportar tasas de conteo de hasta 10 millones de rayos gamma por segundo, utilizando técnicas de reconstrucción de apilamiento. Se puede consultar más información en el artículo.


Tomografía por emisión de positrones

El grupo IRIS ha trabajado en el desarrollo de sistemas novedosos para tomogtafía por emisión de positrones (PET).


PETETE. El grupo IRIS ha desarrollado PET para pequeños animales utlizando cristales continuos de LYSO y SiPMs en lugar de los cristales pixelados (segmentados) utilizados habitualmente en los escáneres. Los cristales continuos pueden proporcionar una gran eficiencia y resolución espacial, pero la determinación de la posición de interacción de los fotones de 511 keV en el cristal resulta más dificultosa. Nuestro grupo utiliza un método de determinación de la posición en 3D (incluyendo la profundidad de interacción en el cristal) que proporciona excelentes resultados. La resolución espacial obtenida es de 0.7 mm FWHM. Hemos construido un primer prototipo (PETETE- PET Exploring Techniques for performance Enhancement) compuesto por dos cabezas detectoras que giran alrededor de la fuente. Este prototipo esta basado en cristales continuos acoplados ópticamente a fotomultiplicadores de silicio (SiPMs). Los cristales empleados son de LYSO y los fotodetectores son matrices de 64 SiPMs de lectura individual con un pitch de 1.5 mm y un área total de 12 mm x 12 mm. Hemos desarrollado un código de reconstrucción de imagen que aprovecha los beneficios de los cristales continuos y hemos reconstruido imágenes de fuentes de Na-22 en diferentes posiciones del campo de visión y de un fantoma con FDG.


Mejora de la resolución espacial en escáneres PET de cuerpo entero. Una de las líneas de investigación más novedosa de los últimos años en medicina nuclear es la del estudio de un escáner PET de cuerpo entero (total-body PET scanner). Dicho escáner representaría una mejora de las actuales características de los escáneres de este tipo en términos de eficiencia y campo de visioń. En la actualidad la resolución espacial de las imágenes reconstruidas de escáneres PET es de unos 5 mm. El uso de sondas para PET mejoraría la resolución espacial de este tipo de escáneres sin comprometer su sensibilidad. Se está llevando a cabo un estudio de la idoneidad de la utilización de una sonda para PET basada en fotomultiplicadores de silicio (SiPM) y cristales centelleadores. El funcionamiento de la sonda será probado en el escáner preclínico PET/CT Super Argus para animales pequeños del IFIMED (IFIC).


Líneas de Investigación
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Los datos asociados a artículos publicados del grupo están disponibles para cualquier investigador externo para cualquier petición razonada a la dirección e-mail iris at ific dot uv dot es.

Desarrollo de detectores

El grupo desarrolla instrumentación para monitorización de la terapia hadrónica y para PET. Somos expertos en PET y Cámaras compton, y utilizamos tecnologías punteras y técnicas novedosas. Nuestros desarrollos incluyen detectores, electrónica, códigos de adquisición de datos y algoritmos de análisis de datos. En la actualidad nuestro trabajo se basa principalmente en cristales continuos acoplados a SiPMs y en diversos tipos de detectores de silicio.




Reconstrucción de imágenes en PET

El objetivo de la reconstrucción de la imagen en PET consiste en encontrar la distribución del radioisótopo que dio lugar a los datos medidos por el escáner, lo que matemáticamente hablando se define como "problema inverso". Aunque la resolución de dicho problema no es exacta, hoy en día existen numerosos métodos de reconstrucción que permiten hallar una solución aproximada; para ello se emplean algoritmos matemáticos y potentes ordenadores.

Nuestro grupo investiga sobre todo la aplicación de algoritmos estadísticos iterativos combinados con modelos físicos detallados del proceso de formación de la imagen.

Modelos físicos de los fenómenos de formación y degradación de la imagen

Los algoritmos iterativos requieren la inclusión de un modelo que describa la respuesta de un escáner a la presencia de radiación (matriz de respuesta del sistema). La exactitud y precisión de este modelo tendrá gran impacto en la imagen final. Para obtener imagenes de alta resolución y calidad, será necesario disponer de modelos detallados que incluyan una descripción de aquellos fenómenos que intervienen en el proceso de formación de la imagen, como las interacciones de los rayos gamma en los detectores. La calidad de la imagen puede mejorar aún más si también se incluye en el modelo una descripción de los fenómenos de degradación de la imagen, como las interacciones de los rayos gamma en el sujeto de estudio.

Compensación de los fenómenos de degradación de la imagen

Existen diversos efectos físicos, inherentes a la PET, que contribuyen a degradar la imagen; para poder corregir o compensar sus efectos es necesario disponer de modelos que los describan. Algunos modelos pueden incluirse en la matriz de respuesta del sistema, como el rango del positron y la acolinearidad de los fotones emitidos, o la atenuación sufrida por los fotones en el sujeto. Otros efectos se tratan en el espacio de medida, como la dispersión de los fotones en el sujeto, o las coincidencias accidentales. En la mayoría de los casos se trata de modelos aproximados.

Nuestro grupo está interesado en mejorar los modelos tradicionales mediante una formulación más precisa del problema, como en el caso de las coincidencias accidentales. También investigamos la contribución de otras fuentes de degradación de la imagen que habitualmente no se tienen en cuenta en la PET convencional, y buscamos compensar esos efectos a traves de descripciones estadísticas. Nuestra meta final es mejorar la calidad y resolución de la imagen final.

Simulaciones Monte-Carlo para PET

Las simulaciones Monte-Carlo son hoy en día una herramienta muy útil en numerosos campos de la ciencia y de la técnica. En Física, se emplean sobre todo en Física Nuclear y de Partículas; en Física Médica se emplean sobre todo en la planificación de radioterapia para el cálculo de las dosis. En Imagen Médica, las técnicas de simulación Monte-Carlo tienen múltiples usos: permiten optimizar el diseño de nuevos prototipos y evaluar su rendimiento, entender y analizar los fenómenos subyacentes en la generación de la imagen, separar efectos que en la realidad aparecen indistinguibles, o generar datos con los que probar nuevos algoritmos de reconstrucción.

Hoy en día existen diversos paquetes de simulación optimizados para su empleo en Imagen Médica, como SimSet o GATE, aunque, en algunas ocasiones, otros paquetes concebidos para Física de Altas Energías, como Geant4, pueden ser más útiles. En algunos casos puede ser preferible, sin embargo, generarse el propio código de simulación.

En IRIS empleamos Geant4, GATE y códigos propios para desarrollar y validar modelos de fenómenos físicos de relevancia en PET (como la dispersión Compton o las coincidencias accidentales), con la meta de estudiar el impacto de dichos fenómenos en la imagen final, o para predecir el comportamiento de nuevos diseños.




Innovación
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El grupo IRIS también lleva a cabo actividades de innovación y transferencia tecnológica a través de contratos de I+D con empresas, proyectos de transferencia y dos proyectos de la UCIE (Unidad Científica de Innovación Empresarial) del IFIC. El grupo ha desarrollado, patentado y transferido un sistema de adquisición de datos, comercializado por Alibava Systems, S.L.




Proyectos
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ICOR - Imagen Compton para terapia con radionúclidos (ASFAE/2022/019)

Generalitat Valenciana.
Duración: 1/9/2022-29/6/2025
Financiación: 299.920 EUR.
Investigadoras principales: Dra. Gabriela Llosá y Dra. Irene Torres Espallardo


VALID- Valorización de nuevos detectores para imagen médica (PDC2021-121839-I00)

Ministerio de Ciencia e Innovación.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), centro de protonterapia Quirónsalud.
Duración: 1/12/21-30/11/23.
Financiación: 115000 EUR.
Investigador principal: Dr. Gabriela Llosá


VALMONT- Valorización de un sistema de monitorización para terapia hadrónica (INNVA1/2021/37)

Agencia Valenciana de Innovación (AVI). Generalitat Valenciana.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Duración: 1/1/2021 – 30/09/2023.
Financiación: 337926.35 EUR.
Investigador principal: Dr. Gabriela Llosá


MONDO- Monitorización y dosimetría en terapia hadrónica (PID2019-110657RB-I00)

Ministerio de Ciencia e innovación.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC)
Duración: 1/6/2020 – 31/05/2023.
Financiación: 98010 EUR.
Investigador principal: Dr. Gabriela Llosá


New-TIM: Nuevas tecnologías en imagen médica (PI2020-16)

Programa VLC Biomed.Proyectos de Innovación UV / IIS La Fe.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC) y HUiP La Fe.
Duración: 1/4/2021 – 31/03/2022.
Financiación: 19000 EUR.
Investigador principal: Dr. Gabriela Llosá (UV) e Irene Torres (HUiP La Fe)


Novel cost-effective proton range verification based on coaxial prompt gamma-ray monitoring (CDEIGENT/2019/011)

Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC).
Duración: 1/6/2020 – 31/05/2026.
Financiación: 357250 EUR.
Investigador principal: Dr. Fernando Hueso-González


Implementación y demostración de la funcionalidad de una nueva sonda para el aumento de la resolución espacial en tomografía por emisión de positrones (PET) (SEJI/2019/014)

Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC).
Duración: 1/9/2019 – 31/12/2021.
Financiación: 159800 EUR.
Investigador principal: Dr. Ana Ros García


INCONI: Intercomparison of Compton cameras for medical applications. (2018FR0032)

CSIC PICS 2019.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC). CNRS, Lyon, France.
Duración: 1/1/2019 – 31/12/2021.
Financiación: 10000 EUR.
Investigador principal: Dr. Gabriela Llosá


Estimación de dosis en terapia hadrónica (AICO/2019/070)

Generalitat Valenciana. Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC). Universidad de Alicante. Universidad de Murcia.
Duración: 1/1/2019 – 31/12/2020.
Financiación: 39927 EUR.
Investigador principal: Dr. Carlos Lacasta


COBRA- Investigación en técnicas Compton para aplicaciones médicas (FPA2017-85611-R).

Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Duración: 1 Enero 2018 – 31 Diciembre 2020.
Financiación: 60000 EUR.
Investigador principal: Dra. Gabriela Llosá y Prof. José Bernabéu


ENSAR2 - MediNet (grant agreement num 654002)

Comisión Europea. H2020.
Entidades participantes: 30 instituciones europeas.
Duración: 1/3/2016 – 28/2/2020.
Financiación: 10 MEUR.
Investigador principal: Dr. Andres Gadea


Sistema de adquisición de datos multidetector (UV-INV-PROVAL17-720859)

Universitat de Valencia.
Entidades participantes: IFIC (Universitat de Valencia / CSIC).
Duración: 7/9/2018 – 6/9/2019.
Financiación: 44873.88 EUR.
Investigador principal: Dra. Gabriela Llosá


Detectores para aplicaciones médicas (FPA2014-53599-R)

Ministerio de Economía y Competitividad.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), HUiP La Fe.
Duración: 1 Enero 2015 – 31 Diciembre 2017.
Investigador principal: Dra. Gabriela Llosá


Alineamiento Temporal de sonda y escáneres comerciales (18_ATIME_LLOSA_BELLO_2014)

Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Hospital Universitario y Politécnico La Fe.
Duración: 1 Mayo 2015 – 31 Diciembre 2015.
Investigadores principales: Dra. Gabriela Llosá y Dra. Pilar Bello


Desarrollo de detectores para telescopios Compton (GV/2013/133)

Generalitat Valenciana.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dra. Gabriela Llosá


Detectores de alta eficiencia y resolución para aplicaciones médicas. (UV-INV-PRECOMP12-80755)

Universitat de València.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dra. Gabriela Llosá


ASPID: Application of Silicon Photomultipliers to Imaging Detectors.

EU-FP7. European Reintegration Grant. GA num 239362.
Entidades participantes: CSIC.
Investigador principal: Dr. Carlos Lacasta
Fellow: Dr. Gabriela Llosá


Calidad de imagen y cuantificación en tomografia por emisión de positrones (FPA2010-14891)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Plan Nacional de I+D+i.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), RWTH Aachen (Alemania).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Telescopio Compton para monitorización de la terapia hadrónica (FIS2011-14585-E)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Plan Nacional de I+D+i.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Innovative Software for Advanced PET Imaging (INSPET) (PIEF­GA­2009­237620)

Comisión Europea.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


European NoVel Imaging Systems for ION therapy (ENVISION)

Comisión Europea.
Entidades participantes: CERN (Suiza), TU Dresden (Alemania), Medizinische Universitaet Wien (Austria), Universite Claude Bernard Lyon 1 (Francia), Oxford University (G.B.), Siemens AG (Alemania), Ion Beam Applications SA (Belgica), INFN (Italia), Fondazione per adroterapia oncologica (Italia), Universitaetsklinikum Heidelberg (Alemania), GSI (Alemania), Maastro clinic (Holanda), CNRS (Francia), CSIC, Universiteit Gent, Politecnico di Milano (Italia), Universidad de Castilla - La Mancha.
Investigador principal: Prof. Manjit Dosanjh (CERN)


Grid y E-Cencia: Análisis de Datos Atlas y Física Médica (PCI A/023372/10)

Ministerio de asuntos exteriores y Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID).
Entidades participantes: Universitat de València with the Centre National de Reserche Scientifique et Technologique (CNRST) and Mohamed V-Agdal University (Marruecos).
Investigador principal: Dr. Santiago Gonzalez de la Hoz


AX-PET: Un nuevo concepto de escáner para tomografía por emisión de positrones con WLS-Strips y G-APDs (FPA2008-02419-E/FPA)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Acciones complementarias.
Entidades participantes: IFIC (CSIC/Universidad de Valencia).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Improving image quality in positron emission tomography

Plan Nacional de I-D-i, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canadá), Technische Universität München (Munich, Alemania).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Tomografía por emisión de positrones para pequeños animales: Coincidencias accidentales y dispersión Compton entre cristales

Acciones Complementarias Internacionales, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canadá).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Development of a small animal PET tomograph based on novel silicion photomultipliers, (HI2006-0082)

Acciones Integradas, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Universitá degli Studi di Pisa (Pisa, Italia).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas (España) / Prof. Alberto del Guerra (Italia)


MADEIRA: Minimizing activity and dose with enhanced image quality by radiopharmaceutical administration

EUROATOM, Comisión Europea.
Entidades participantes: Helmholtz-Insitut München (Alemania), Lund University (Suecia), Jozef Stefan Institute (Eslovenia), IFIC (España), Scivis wissenschaftliche Bildverarbeitung (Alemania), Università degli Studi di Milano (Italia), The University of Michigan (EE.UU.).
Investigador principal: Prof. Christoph Hoeschen, (Helmholtz-Institut München).


Toward sensitivity improvement of positron emission tomography imaging by including low energy photons in images

Strategic Plan of the Department of Electrical Engineering, Université de Sherbrooke (Canadá).
Entidades participantes: Université de Sherbrooke, IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Prof. Réjean Fontaine (Université de Sherbrooke).


PARTNER: Particle Training Network for European Radiotherapy

Marie Curie Initial Training Networks (ITN), Comisión Europea.
Entidades participantes: CERN, CNAO (Italia), GSI (Alemania), Heidelberg Ion Therapy Inc. (Alemania), Karolinska Institutet (Suecia), University of Surrey (Reino Unido), TERA Foundation (Italia), Ion Beam Applications, RaySearch Laboratories, Siemens Medical, ETOILE Project (Francia), IFIC (España), Med-Austron (Austria).
Investigador principal: Prof. Manjit Dosanjh (CERN, Suiza)