Partners del Progetto
Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative dell`Università di Palermo
Sede legale: Viale delle Scienze, Ed. 18, 90129 Palermo
Sito web:http://www.difter.unipa.it/
Ramo di attività
Il gruppo di Fisica Medica del Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative dell’Università di Palermo (DiFTeR), partecipando ai progetti INFN CALMA e GPCALMA, ha conseguito competenze nel campo del software per applicazioni medicali. In particolare il gruppo ha realizzato un sistema CAD per l’analisi di immagini mammografiche digititalizzate basato su reti neurali, per la ricerca di gruppi di microcalcificazioni e di lesioni massive.
La diagnosi precoce delle neoplasie mammarie costituisce tuttora il miglior metodo per ottenere una riduzione della mortalità.
Il CAD mammografico può essere usato nella pratica clinica sia come secondo lettore per la conferma della diagnosi umana che come primo lettore per la selezione del campione di immagini a più alta probabilità di contenere una lesione (questa modalità serve a velocizzare i tempi di risposta per il campione a maggior rischio, ma non sostituisce in alcun modo l’osservazione diretta da parte del radiologo).
D'altra parte, la disponibilità di immagini digitali comporta la necessità di affrontare nuove problematiche, legate alla archiviazione ed alla gestione di una mole di dati rilevante (ad esempio, circa 15 MB/immagine, ovvero circa 200 TB all'anno per un programma di screening mammografico in Italia) e geograficamente distribuita in vari nodi di una griglia, corrispondenti ai centri di raccolta. In questo contesto il ruolo delle tecnologie GRID può essere di importanza strategica. Infatti, la disponibilità di una infrastruttura che può gestire un database distribuito apre nuove prospettive: un veloce ampliamento del database può permettere un migliore addestramento delle reti neurali e quindi consentire l’uso di algoritmi più raffinati e nuove architetture.
Il gruppo di raggi cosmici e gamma-astronomia dello stesso DiFTeR partecipa agli esperimenti ARGO-YBJ e EUSO (sigla INFN: AIRWATCH-R & ampD), dedicati allo studio della radiazione cosmica: il primo con particolare focalizzazione sulla radiazione gamma proveniente da sorgenti puntiformi nell’intervallo energetico 100GeV-10TeV, il secondo per la rivelazione dallo spazio di radiazione cosmica nell’intervallo di energia E>10TeV. Le competenze specifiche nel settore del software di simulazione dello sviluppo di sciami atmosferici, pongono il gruppo di Palermo, all’interno delle collaborazioni internazionali che stanno realizzando i due progetti, nella necessità di manipolare grandi moli di dati, con potenze di calcolo elevate, tanto per ciò che riguarda la dimensione degli archivi di dati (reali e simulati), quanto per ciò che riguarda i tempi di elaborazione, per la generazione di sciami di energia elevata (che prevedono l’inseguimento in atmosfera di 109 particelle) e per l’analisi e la ricostruzione degli eventi reali (pattern recognition e track finding).
Nel campo astrofisico si effettuano anche simulazioni numeriche di dischi di gas ad alta temperatura attorno ad oggetti stellari compatti. Nel campo applicativo si stanno simulando processi di ottimizzazione dei profili alari attraverso le moderne metodologie di tipo ‘mesh-free’. Attualmente si dispone di un modesto cluster di workstation. Tuttavia esso ha permesso di sviluppare gli aspetti hardware e software del calcolo parallelo. Sono state sperimentate e messe a punto tecnologie di comunicazione a 1GB con switch particolari a fibre ottiche. Sono stati sviluppati i codici paralleli utilizzando lo standard Message Passing Interface (MPI).
Inoltre il DiFTeR, ha conseguito competenze nel campo della simulazione MONTE CARLO dei processi di trasporto e di generazione di armoniche nei semiconduttori. In particolare, i processi di generazione di armoniche in semiconduttori, super reticoli e semplici strutture sono intensamente studiati al fine di indagare la possibilità di creare sorgenti di radiazione coerenti ed intense nell’intervallo di frequenze submillimetriche.
Anche in questo contesto il ruolo delle tecnologie GRID può offrire nuove opportunità per ampliare le capacità di calcolo e di indagine consentendo per esempio di ricavare informazioni sulle proprietà del rumore elettronico in strutture submillimetriche e fornendo indicazioni sulle caratteristiche teoriche di nuove strutture che minimizzino il livello di rumore.
Il gruppo del DiFTeR nel contesto del presente progetto, si propone di:
- partecipare allo sviluppo di un portale GRID;
- implementare l’istallazione di una stazione GRID presso il DiFTeR;
- implementare l’istallazione di stazioni GRID presso alcune strutture ospedaliere siciliane come quella già installata presso l’Istituto di Radiologia del Policlinico di Palermo con il quale è già in atto una collaborazione e presso l’IASF del INAF, presso cui si svolge la maggior parte delle attività di astrofisica;
- ottimizzare gli algoritmi di analisi di immagini mammografiche digitali;
- ottimizzare i programmi di simulazione e gli algoritmi di ricostruzione degli eventi indotti da radiazione cosmica primaria nell’ambito dei software ROOT e GEANT4;
- potenziare il cluster di workstation attualmente presente, portandolo da 8 a 64 processori, e tutto l’aspetto hardware di comunicazione, rendendo il sistema accessibile alla rete GRID e utilizzando tutte le risorse disponibili;
-
offrire il know how e le risorse, potenziate, del laboratorio alla formazione di personale tecnico scientifico al calcolo parallelo distribuito;
- realizzare un database regionale di immagini mammografiche digitali consultabile attraverso GRID;
- realizzare un archivio di “sciami cosmici” reali e simulati;
- ottimizzare gli algoritmi e i programmi di simulazioni MONTE CARLO sviluppati nel DIFTER per capire quali tra i semiconduttori tecnologicamente importanti possano consentire la massima efficienza di conversione e per quali parametri.
Inoltre il gruppo si occuperà di individuare altre possibili applicazioni delle potenzialità di calcolo offerte dalla GRID in altri ambiti (ad esempio: altre applicazioni mediche, catalogazione beni culturali, diagnostiche ambientali, mappe di energia solare ed eolica e modelli per la sua utilizzazione nella Regione Sicilia).
Competenze Tecnico-Scientifiche
Strutture di ricerca e sviluppo e di progettazione da impiegare per l’esecuzione del progetto
Laboratori e relative superfici
a)Laboratorio di Astroparticle (mq. 100)
b)Laboratorio di elettronica e calcolo parallelo (mq. 100)
c)Laboratorio di Analisi di Immagini (mq. 100)
Personale
Il DIFTER prevede di contribuire al progetto con 30 mesi uomo.
Competenze attinenti al progetto
Il gruppo proponente ha acquisito una notevole competenza in diversi campi attinenti al progetto.
In particolare:
- nel campo del software per applicazioni medicali, ha realizzato un sistema CAD per l’analisi di immagini mammografiche digititalizzate basato su reti neurali;
- nel campo dei raggi cosmici e gamma-astronomia partecipa ad esperimenti dedicati allo studio della radiazione cosmica;
- nel campo dell’astrofisica numerica ha sviluppato tecniche di simulazioni numeriche di dischi di gas ad alta temperatura attorno ad oggetti stellari compatti, facendo uso di cluster di PC, sviluppando codici paralleli.
