ITRM20080169A1 - Metodo per realizzare una struttura di scintillazione. - Google Patents

Description

“METODO PER REALIZZARE UNA STRUTTURA DI SCINTILLAZIONE”,

DESCRIZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un metodo per realizzare una struttura di scintillazione del tipo utilizzato nelle gamma camere.

La gamma camera è sostanzialmente costituita da tre elementi fondamentali: un collimatore una struttura di scintillazione ed uno o più fotomoltiplicatori.

Il collimatore viene posto tra un oggetto che emette le radiazioni gamma e la struttura di scintillazione ed ha la funzione di consentire il passaggio delle sole radiazioni dirette perpendicolarmente alla struttura di scintillazione schermando tutte le radiazioni dirette in differenti direzioni.

Va infatti notato che le radiazioni gamma, composte da fotoni gamma, non possono essere deviate da lenti ottiche (come per esempio avviene per i fotoni emessi nell’intervallo del visibile nella fotografia tradizionale) a causa del loro potere penetrante ed inoltre non possiedono carica elettrica. II fascio fotonico viene quindi modulato per mezzo del collimatore che agisce schermando gran parte dei fotoni emessi.

La struttura di scintillazione è costituita da un unico cristallo planare o da una pluralità di cristalli atti a ricevere fotoni gamma e a trasformarli in fotoni nell’intervallo del visibile (fotoni luminosi)

Il fotomoltiplicatore è collegato alla struttura di scintillazione da parte opposta rispetto a quella del collimatore per mezzo di una opportuna connessione ottica ed ha la funzione di rilevare i fotoni luminosi trasformando la loro energia in un segnale elettrico che viene amplificato e condotto verso i circuiti di elaborazione per ricreare l’immagine della sorgente di radiazioni.

La gamma camera viene utilizzata nei sistemi di “imaging” per svariate applicazioni, come ad esempio applicazioni diagnostiche (come la PET, SPECT e le scintigrafie convenzionali), in Astrofisica e nei sistemi per controlli non distruttivi di tipo industriale.

La risoluzione spaziale intrinseca della gamma camera dipende tra l’altro dalle dimensioni dei cristalli che compongono la struttura di scintillazione

Per migliorare la risoluzione spaziale intrinseca della gamma camera sono stati sviluppati, tra l’altro, strutture di scintillazione comprendenti una pluralità di singoli cristalli di scintillazione delle dimensioni dell’ ordine del millimetro tra loro affiancati (matrici di cristalli).

Un metodo noto per ottenere una struttura di scintillazione che consenta un’alta risoluzione spaziale prevede la creazione di strutture cosiddette a matrice, vale a dire strutture nelle quali singoli cristalli a forma di bacchette vengono bloccati tramite resine epossidiche che hanno la funzione di mantenere tra loro legati ed equidi stanziati i cristalli.

Di conseguenza , tali strutture a matrice sono direttamente utilizzabili quali strutture di scintillazione.

Come detto, la struttura di scintillazione ha lo scopo di convertire l’energia del fotone gamma incidente in fotoni luminosi.

In particolare, per ogni interazione gamma vengono emessi un certo numero di fotoni nell’intervallo del visibile, che dipende, in prima approssimazione, dall’energia ceduta dal fotone gamma incidente. A seconda del tipo di interazione si può avere completa cessione di energia (effetto fotoelettrico), oppure parziale (effetto Compton).

Nel caso ideale, il fotone incidente cede tutta la sua energia al cristallo e viene mantenuta una perfetta proporzionalità tra la l'energia del fotone gamma e l’intensità della luce che giunge al fotomoltiplicatore.

In realtà, il fotone gamma può interagire con un elettrone del cristallo attraverso Perfetto Compton subendo una deviazione dalla direzione originaria e depositando solo una parte della sua energia. Questo processo si può ripetere originando successive deviazioni. Il fotone diffuso sebbene con energia minore di quella iniziale, può attraversare lo strato divisorio di resina epossidica e produrre una nuova scintillazione in cristalli vicini. Lo stesso fotone gamma può quindi produrre più punti di scintillazione in cristalli vicini. In genere questo comporta un errato calcolo della posizione dell’ interazione del fotone gamma,. Infatti, il singolo evento di interazione tra fotone e cristallo viene visto dal dispositivo elettronico di lettura del segnale raccolto, come la somma dei contributi energetici rilasciati nei cristalli nelle singole interazioni. In genere l’elettronica di utilizzo si basa sul metodo del baricentro di carica registrato sull’intera area del cristallo e di conseguenza il valore finale della posizione registrata è comprensivo di tutti gli effetti di interazione che avvengono nel cristallo.

La probabilità che in un cristallo possa avvenire un effetto Compton è in ogni caso legata all’energia che possiede il fotone primario che interagisce con il materiale scintillante. Per applicazioni SPECT tale probabilità risulta modesta se riferita alle basse energie dei radiotraccianti utilizzati. All’aumentare dell’energia invece tale probabilità diventa sempre più consistente, fino ad arrivare a valori molto elevati per applicazioni con fotoni da 511 keV nelle applicazioni PET.

Una possibile soluzione al problema sopra esposto è data nel documento US 6,734,430 in cui si descrive un metodo per realizzare un collimatore in materiale metallico avente un alto numero atomico che integra la struttura di scintillazione. In questo, si riesce ad ottenere l’attenuazione dei fotoni gamma che possono passare da un elemento di cristallo all’altro, ottenendo risultati migliori rispetto a quelli che si hanno con le resine epossidiche di separazione. Infatti, i metalli aventi alto numero atomico (e quindi elevata densità) sono più difficilmente attraversabili da fotoni gamma rispetto alle resine epossidiche.

Nel collimatore descritto nel documento citato di tecnica nota, i singoli cristalli di scintillazione sono integrati nei canali del collimatore, in particolare ogni singolo cristallo viene separato dagli altri cristalli della matrice ed inserito nei fori presenti alla base del collimatore.

Tuttavia, a causa di ovvie difficoltà costruttive, la soluzione con una struttura unica di collimazione e di cristalli integrati non consente una ottimale lavorazione di cristalli di tipo igroscopico che necessitano di essere completamente isolati dall’ambiente circostante.

Inoltre, l’inserimento di singoli cristalli all’interno dei canali di collimazione comporta ulteriori inconvenienti legati alla necessità di ancorare i singoli cristalli per evitare che gli stessi possano muoversi lungo i canali del collimatore.

Ancora, è molto difficile e richiede ingenti risorse riuscire a disporre ogni cristallo in modo tale che esso risulti perfettamente allineato al canale in cui giace e che tutti i cristalli risultino disposti con le rispettive pareti rivolte verso il fotomoltiplicatore a formare un unico piano perfettamente ortogonale ai canali del collimatore.

In questo contesto, il compito tecnico precipuo della presente invenzione, è mettere a disposizione un metodo per realizzare una struttura di scintillazione in grado di ovviare agli inconvenienti sopra citati.

Nel’ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell’invenzione proporre un metodo per realizzare una struttura di scintillazione che mantenga la luce di scintillazione prodotta al’interno del cristallo sul quale incide effettivamente il fotone gamma.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un metodo per realizzare una struttura di scintillazione che garantisca un perfetto allineamento dei cristalli di scintillazione tra di loro ed una perfetta ortogonalità rispetto al fotomoltiplicatore.

Ancora scopo della presente invenzione è proporre un metodo per realizzare una struttura di scintillazione che garantisca che tutti i cristalli risultino disposti con le rispettive pareti rivolte verso il fotomoltiplicatore a formare un unico piano.

Ulteriore scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un metodo per realizzare una struttura di scintillazione che garantisca che ogni cristallo non possa muoversi rispetto ai canali di un collimatore.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da proporre un metodo per realizzare una struttura di scintillazione in accordo con una o più delle unite rivendicazioni.

Viene ora riportata, a titolo d’esempio indicativo e non limitativo la descrizione di un metodo per realizzare una struttura di scintillazione in accordo con la presente invenzione, nella quale:

- la figura 1 mostra una vista prospettica parzialmente in sezione di una struttura di scintillazione in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 mostra in vista prospettica una fase di un metodo per realizzare una struttura di scintillazione in accordo con la presente invenzione;

- la figura 3 mostra in vista prospettica un elemento utilizzato nel metodo di realizzazione della struttura di scintillazione;

- le figure 4a, 4b, 4c, 4d e 5 mostrano alcune fasi del metodo di realizzazione della struttura di scintillazione;

- le figure 6a, 6b, 6c e 6d mostrano alcune fasi di una prima variante del metodo di realizzazione della struttura di scintillazione; e

- le figure 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f e 7g mostrano alcune fasi di una seconda variante del metodo di realizzazione della struttura di scintillazione.

Con riferimento alle unite figure, con il numero 1 è stato complessivamente indicato una struttura di scintillazione in accordo con la presente invenzione.

La struttura di scintillazione 1 è particolarmente adatta ad essere impiegata in una gamma camera utilizzabile in diverse applicazioni, quali la Medicina Nucleare (SPECT e PET) al fine di individuare patologie, l’analisi scintigrafica di piccoli animali al fine di sperimentare nuovi anticorpi e peptidi radio-marcati, l’astrofisica e i sistemi per controlli non distruttivi di tipo industriale.

La struttura di scintillazione 1 comprende una pluralità di cristalli di scintillazione 2. 1 cristalli di scintillazione 2 nella forma realizzativa preferita ed illustrata negli uniti disegni hanno forma di prisma reto a base quadrata, tutavia essi possono avere qualsiasi altra forma prismatica.

I cristalli di scintillazione 2 possono essere di tipo inorganico oppure organico, iperpuri, o drogati al fine di esaltarne le proprietà di scintillazione in funzione del tipo di applicazione da realizzare, delle tecniche diagnostiche e dei traccianti impiegati. Inoltre i cristalli di scintillazione 2 possono essere igroscopici, come ad esempio nel caso in cui i cristalli sono realizzati in NaI(Tl), LaCl3-.Ce, LaBr3-.Ce, e non igroscopici, come ad esempio nel caso in cui i cristalli sono realizzati in CsI(Tl), BGO, LSO.

In ogni caso, a prescindere dal tipo di cristallo di scintillazione utilizzato, lo spettro di emissione della luce di scintillazione, vale a dire dei fotoni luminosi emessi dai cristalli a seguito di assorbimento di raggi gamma, deve presentare una buona sovrapposizione con lo spettro di assorbimento di uno strato fotosensibile di un trasdutore elettro-ottico al quale la struttura di scintillazione viene accoppiata.

La struttura di scintillazione comprende inoltre una matrice di materiate legante 3 all’interno della quale sono distribuiti i cristalli di scintillazione 2. La matrice di legante 3 è composta da resine epossidiche o da altre resine riflettenti (a specchio) ed ha la funzione di tenere tra loro uniti i cristalli di scintillazione 2 in una predeterminata posizione.

La matrice 3 comprende una superficie di base 4 ed una superficie di sommità 5 opposta alla superficie di base 4. Tali due superfici sono piane e tra loro parallele, in modo tale che la matrice 3 sia un prisma reto.

La superficie di sommità 5 della matrice 2 è destinata ad essere accoppiata ad un collimatore (non illustrato) di una gamma camera, mentre la superficie di base 4 è destinata ad essere accoppiata ad un trasdutore elettro-otico (non illustrato).

Nella forma realizzativa preferita ed illustrata negli uniti disegni la matrice 3 è un prisma retto a base quadrata.

I cristalli di scintillazione 2 si sviluppano a partire dalla superficie di base 4 della matrice 2 ed hanno rispettive pareti 6 perfettamente allineate alla superficie di base 4 stessa.

Va notato che le pareti 6 dei cristalli di scintillazione 2 allineate alla superficie di base 4 della matrice 3 non sono ricoperti dal materiale che compone la matrice 3, in modo tale che i cristalli 2 siano direttamente affacciati all’ambiente esterno e possano venir accoppiati ad un trasduttore elettro-ottico, come ad esempio un fotomoltiplicatore, per inviare a quest’ultimo fotoni luminosi prodotti dall’ interazione tra raggi gamma e cristalli di scintillazione.

Nel caso di cristalli igroscopici, come mostrato in figura 1, alla parete di base 4 della matrice è resa solidale una lastra 7 in materiale trasparente a radiazioni luminose (vale a dire comprese nello spettro di emissione dei cristalli di scintillazione), per isolare i cristalli di scintillazione 2 dall’ambiente esterno proteggendoli dall’umidità e contemporaneamente consentire un corretto invio di fotoni luminosi al trasduttore elettro-ottico. Nella forma realizzativa preferita, la lastra 7 è di vetro.

I cristalli di scintillazione 2 si estendono fino ad una sezione interna 8 della matrice di legante 2 posta in prossimità della superficie di sommità 5 della stessa,

Va notato che i cristalli di scintillazione 2 non raggiungono la superficie di sommità 5 e pertanto risultano completamente ricoperti dal materiale che compone la stessa. Tra i cristalli di scintillazione 2 è inoltre presente materiale che compone la matrice 3, in modo tale che i cristalli 2 risultino tra loro distanziati.

La struttura di scintillazione 1 comprende inoltre materiale metallico 9, avente un alto numero atomico ed alta densità, posto tra cristalli di scintillazione 2 per schermare almeno parzialmente tra di loro i cristalli 2.

Per materiale metallico avente un alto numero atomico ed alta densità si deve intendere, nel contesto della presente invenzione, un materiale di metallo o di una lega di metalli avente uno spessore, dipendente dall’isotopo radioattivo utilizzato, in grado di impedire il passaggio di una radiazione gamma.

Materiali metallici idonei a tale scopo sono, ad esempio, oro, palladio, platino, leghe platino-iridio, piombo, tungsteno, leghe di tungsteno o comunque metalli, o leghe di metalli, aventi peso atomico maggiore di 40.

Vantaggiosamente, il materiale metallico 9 è posto tra i cristalli di scintillazione 2 in modo tale che questi ultimi siano tra di loro meccanicamente vincolati attraverso la matrice 3 di materiale legante da una parte della struttura di scintillazione destinata ad essere affacciata al trasduttore elettro-ottico.

Come mostrato in figura 1, il materiale metallico 9 attraversa la superficie di sommità 5 della matrice 3 di materiale legante e raggiunge, senza oltrepassare, una prima sezione interna 10 della struttura di scintillazione 1 posta in prossimità della superficie di base 4.

In altre parole, il materiale metallico 9 oltrepassa la superficie di sommità 5 della matrice 3, destinata ad essere associata ad un collimatore, e non raggiunge la superficie di base 4 della matrice 3 destinata ad essere associata ad un fotomoltiplicatore.

Il materiale metallico 9 è disposto intorno alle pareti laterali 11 di ciascun cristallo di scintillazione 2 anche se non circonda completamente tali pareti laterali 11.

In particolare, una piccola porzione delle pareti laterali 11 dei cristalli di scintillazione 2 non è circondata dal materiale metallico 9.

La porzione di parete laterale dei cristalli di scintillazione 2 non circondata dal materiale metallico 9 è compresa tra il 25% ed il 2%, preferibilmente tra il 16% ed il 4%, ancor più preferibilmente tra il 10% ed il 5%.

Il fatto che il materiale metallico 9 non oltrepassi la prima sezione interna 10 della struttura di scintillazione 1 garantisce che il materiale legante posto tra la prima sezione interna 10 e la superficie di base 4 della matrice 3 non venga alterato dalla presenza del materiale metallico 9 e si estenda con continuità tra cristalli di scintillazione adiacenti vincolandoli meccanicamente tra di loro.

Ciò consente di non separare fisicamente tra di loro i cristalli di scintillazione 2 quando il materiale metallico 9 viene inserito tra le pareti laterali 11 degli stessi, rendendo l’operazione semplice ed assicurando un perfetto allineamento dei cristalli tra di loro.

Va sottolineato che la porzione di matrice 3 non interessata dalla presenza di materiale metallico 9 è quella destinata ad essere accoppiata al fotomoltiplicatore.

Al contrario, la porzione di matrice 3 destinata ad essere accoppiata al collimatore è interessata dalla presenza del materiale metallico 9 che divide tra loro le pareti laterali 1 dei cristalli di scintillazione 2.

Con questa configurazione è possibile eliminare o comunque attenuare considerevolmente il fenomeno di cross-talk dovuto all’effetto Compton.

Infatti, come detto l’effetto Compton è una delle possibili interazioni dei fotoni gamma con i cristalli di scintillazione.

Tale effetto consiste nella cessione di parte dell’energia del fotone gamma interagente ad un elettrone appartenente al materiale del cristallo di scintillazione. Il fotone gamma però può essere deviato in modo tale da avere una probabilità di proseguire la sua corsa con energia minore, attraversare lo stato di materiale legante che divide un cristallo dal cristallo adiacente, e produrre una nuova scintillazione (emissione di radiazione luminosa) nei cristalli adiacenti. Il fotone diffuso può quindi produrre più punti di scintillazione in cristalli vicini, falsando il calcolo della posizione di interazione. La presenza del materiale metallico 9 immediatamente a valle del collimatore evita che fotoni gamma deviati da un cristallo di scintillazione possano raggiungere i cristalli adiacenti.

La scelta della lunghezza del cristallo deve essere adeguata al piano medio di scintillazione (che dipende a sua volta anche dall’energia del radioisotopo utilizzato) Dal momento che il materiale metallico 9 circonda le pareti laterali 11 di ogni cristallo 2 fin quasi alla fine della matrice 3, ed in particolare fino alla prima sezione interna 10, esiste un’elevata probabilità che i fotoni diffusi interagiscano nella parte superiore del cristallo o siano assorbiti dalle lamine laterale prima che raggiungano la sezione interna 10 In altre parole, esiste un’elevata probabilità che le interazioni Compton si esauriscano all’interno dell’area del cristallo con il quale il fotone gamma ha originariamente interagito in quanto viene fermato dalle lamine metalliche da cui è circondato.

Ciò garantisce che per un fotone gamma diffuso sia statisticamente improbabile attraversare le pareti laterali 11 nella parte inferiore della sezione 10.

Come si può notare in figura 1, il materiale metallico 9 è in forma di lamine metalliche 12 inserite tra cristalli 2 adiacenti a formare un reticolato che circonda, nell’accezione sopra specificata, ogni singolo cristallo di scintillazione 2.

In una forma realizzativa alternativa non illustrata, le lamine metalliche 12 si estendono anche oltre la superficie di sommità 5 della matrice 3, formando un collimatore integrato con la struttura di scintillazione.

Verrà ora descritto un metodo per realizzare una struttura di scintillazione in accordo con la presente invenzione.

Per chiarezza espositiva, si farà esplicito riferimento alla struttura di scintillazione sopra descritta,

Tuttavia, come apparirà chiaro, il metodo che verrà qui di seguito descritto potrà vantaggiosamente essere impiegato per la realizzazione di strutture di scintillazione presentanti una o più differenze rispetto alla struttura di scintillazione sopra descritta. Il metodo per realizzare una struttura di scintillazione comprende la fase di predisporre la matrice 3 di materiale legante all’interno della quale sono presenti i cristalli di scintillazione 2.

Tra i cristalli 2 viene inserito il materiale metallico 9 avente un alto numero atomico ed alta densità (nel senso sopra specificato).

Vantaggiosamente, il materiale metallico 9 viene inserito tra cristalli di scintillazione 2 tra loro adiacenti senza separare dalla matrice 3 di legante i cristalli di scintillazione 2. In questo modo, i cristalli di scintillazione 2 rimangono nella loro posizione originaria e non occorre provvedere a riallineare gli stessi tra di loro e rispetto alla matrice 3 di materiale legante durante l’operazione di schermatura dei cristalli 2.

L’inserimento del materiale metallico 9 avviene rimuovendo dapprima materiale legante posto tra cristalli di scintillazione 2 tra di loro adiacenti, in modo tale da realizzare uno spazio libero 13 (indicato in figura 2) tra i cristalli di scintillazione 2 destinato ad ospitare il materiale metallico 9.

La rimozione del materiale legante può ad esempio avvenire per incisione della matrice 3.

In particolare, il materiale legante 3 viene rimosso a partire dalla superficie di sommità 5 (quella destinata ad essere affacciata ad un collimatore) della matrice 3, fino alla prima sezione interna 10 della matrice posta tra la superficie di sommità 5 e la superficie di base 4 della matrice 3, vale a dire la superficie sulla quale sono allineate le pareti 6 dei cristalli 2 e destinata ad essere affacciata al trasduttore elettro-ottico. In questo modo si creano una pluralità di canali di accoglimento 14 per il materiale metallico 9 che dovrà essere inserito tra i cristalli di scintillazione 2.

Come si può notare nelle figure unite il materiale della matrice 3 viene rimosso sostanzialmente perpendicolarmente rispetto alla superficie di sommità 5 della matrice 3, in modo tale da realizzare solchi retti all’ interno della matrice che permettono un facile inserimento del materiale metallico 9 intorno a ciascun cristallo 2.

Facendo riferimento alla forma realizzativa preferita della presente invenzione, il materiale della matrice 3 viene dapprima rimosso tra schiere 15 adiacenti di cristalli di scintillazione 2 per dividere solo parzialmente le schiere tra di loro e successivamente viene rimosso in modo tale da separare solo parzialmente tra di loro i cristalli di scintillazione 2 di una stessa schiera.

In particolare, nella forma realizzativa preferita nella quale la matrice 3 di materiale legante ha forma prismatica a base quadrata ed i cristalli di scintillazione 2 hanno anch’essi forma sostanzialmente prismatica a base quadrata, il materiale della matrice 3 viene dapprima rimosso lungo una prima direzione di allineamento dei cristalli 2 e, successivamente lungo una seconda direzione perpendicolare alla prima (si vedano le figure 2 e 7).

In questo modo si ottiene una matrice 3 avente una pluralità di canali di accoglimento 14 che dividono parzialmente tra di loro tutti i cristalli di scintillazione 2.

La fase di inserire materiale metallico 9 comprende la fase preliminare di realizzare una struttura metallica 16 comprendente una pluralità di sedi di alloggiamento 17 aventi pareti allineate con lo spazio vuoto, vaie a dire i canali di accoglimento 14, lasciato nella matrice 3 di legante.

La struttura metallica 16 viene quindi inserita nello spazio vuoto 13 ricavato nella matrice 3 di legante, come nel caso delle figure 5 e da 6a a 6d.

Alternativamente, la struttura metallica viene realizzata direttamente all’ interno della matrice 3 di materiale legante, come nel caso delle figure da 7a a 7g.

La struttura metallica 16, quando inserita nella matrice 3 di legante successivamente alla sua realizzazione, può essere ottenuta secondo diverse modalità.

In una prima forma realizzativa, illustrata nelle figure da 3 a 5, la struttura metallica 16 viene ottenuta predisponendo due schiere 18 di lamine metalliche 12 le quali vengono tra loro vincolate.

In particolare, ogni lamina 12 di una schiera 18 è vincolata a ciascuna lamina 12 dell’altra schiera, come illustrato in figura 4c e 4d.

Per vincolare tra loro le lamine 12 di schiere 18 diverse, in ciascuna lamina metallica 12 vengono praticati intagli 19 trasversali ad una direzione di sviluppo della lamina 12 stessa. Ciascun intaglio 19 di una lamina 12 impegna un corrispondente intaglio 19 di una lamina 19 dell’altra schiera 18, come illustrato nelle figure 4a e 4b.

Gli intagli 19 sono praticati in ciascuna lamina 12 delle due schiere 18, sono in numero pari al numero di sedi di alloggiamento 17 più uno e si estendono per metà della dimensione lungo una seconda direzione di sviluppo della lamina 12 perpendicolare alla prima.

Nel caso di una struttura di scintillazione come quello delle unite figure in cui, ad esempio, la matrice 3 contiene 100 cristalli di scintillazione disposti in 10 schiere di 10 elementi ciascuna ed ogni cristallo ha dimensioni di 2,35 mm x 2,35 mm di base e 5 mm di altezza (sviluppo dalla superficie di base 4 della matrice 3 alla seconda sezione interna 8).

L’altezza della matrice 3, vale a dire la distanza tra la superficie di base 4 e la superficie di sommità 5 è di 6 mm, ed ogni lato di base della matrice è di 25,7 mm. Pertanto la distanza tra un cristallo di scintillazione 2 ed il successivo è di 0,22 mm. Va sottolineato che gli esempi numerici indicati hanno la sola funzione di meglio descrivere le fasi di lavorazione per ottenere una struttura di scintillazione secondo l’invenzione e non devono essere intesi in senso limitativo.

Nell’esempio numerico di cui sopra, vengono praticati nove intagli 19 su ciascuna lamina 12 ciascuno avente un’altezza pari a circa 3 mm.

Il numero di lamine impiegate è ventidue, vale a dire undici lamine 12 per ogni schiera 18 di lamine. Di queste undici lamine, due sono lamine periferiche e nove lamine interne.

Ogni lamina 12 ha uno spessore di 0,2 mm ed ogni intaglio praticato sulla lamina ha uno spessore di 0,2 mm.

Va infatti notato che, indipendentemente dall’esempio numerico citato, le lamine 19 hanno tutte lo stesso spessore e che lo spessore SI (si veda figura 3) di ogni intaglio 19 è identico allo spessore SL (si veda figura 3) della lamina 12.

La distanza tra due intagli 19 consecutivi su ogni lamina 12 è pari alla distanza tra due cristalli di scintillazione 2 consecutivi, che nell’esempio numerico indicato è di 2,22 mm.

Oltre ai citati nove intagli 19 di cui sopra, ogni lamina 12 comprende due ulteriori intagli 19 posti, ciascuno, all’estremità della lamina stessa (si veda figura 3).

Questi due intagli 19 ulteriori realizzano due spallamenti 20 destinati ad impegnare gli intagli 19 delle lamine 12 che verranno poste sui bordi della matrice 3.

Le lamine 12, tra loro identiche, dotate degli intagli 19 vengono quindi suddivise in due schiere. Le lamine 12 di una schiera vengono ruotate di 180° rispetto alle lamine 12 dell’altra schiera e poi impegnate reciprocamente lungo gli intagli 19 (si veda figura 4a).

Si noti che le lamine metalliche 12 che andranno a costituire i bordi della struttura scintillante, vale a dire quelle che impegnano gli spallamenti 20 sopra citati, vengono applicate a pressione alla struttura metallica 16 in formazione, eventualmente fìssati con del collante per dare maggior consistenza alla struttura stessa.

Seguendo il metodo sopra descritto sì ottiene una struttura metallica 16 solida, coesa, e recante una pluralità di sedi di alloggiamento 17 in numero esattamente pari al numero di cristalli di scintillazione 2 presenti nella matrice 3.

Va sottolineato che i canali di accoglimento 14 per le lamine metalliche 12 non raggiungono la superficie di base 4 della matrice 3 dalla quale, come detto, si sviluppano i cristalli 2.

Alternativamente, la struttura metallica 16 viene ottenuta per asportazione di materiale metallico da un blocco metallico (si vedano le figure da 6a a 6d).

In particolare, viene utilizzato un blocco di materiale ad alto numero atomico avente una durezza che ne consente la lavorazione meccanica con utensili quali frese, trapani e simili.

II metodo prevede di predisporre una pluralità di cerchi 21 (figura 6b) su una superficie superiore 22 di un blocco di materiale metallico. Ciascun cerchio 21 è iscritto all' interno di ogni spazio che delimiterà una sede di alloggiamento 17.

Viene quindi asportato materiale dal blocco metallico realizzando una pluralità di fori passanti che siano la proiezione dei cerchi 21.

Tale operazione può ad esempio venir attuata con un utensile quale un trapano o una fresa.

Successivamente viene asportato materiale in modo tale da rendere i fori circolari di una forma adatta a contenere e separare i cristalli di scintillazione 2.

Nell’esempio illustrato i fori circolari vengono resi quadrati.

Tale asportazione di materiale può venir attuata utilizzando processi di precisione con fili ad elettroerosione. La lavorazione del blocco permette di ottenere una struttura stabile, senza necessità di lavorazioni ulteriori.

Il blocco così lavorato (figura 6c) viene successivamente sezionato lungo piani perpendicolari all’asse dei fori realizzati, in modo tale da ottenere strutture metalliche 16 avente predeterminata altezza (figura 6d),

Il vantaggio di tale metodo consiste nella possibilità di ottenere altezze della struttura metallica 16 tali da poter essere utilizzate direttamente anche quali collimatori integrati alla struttura scintillante, come ad esempio nelle applicazioni di collimatori di tipo variabile che utilizzano tanti blocchi separati di piccola altezza come descritto nella domanda di brevetto italiana RM2004A000271.

Il metodo per realizzare la struttura metallica 16 appena descritto risulta più veloce di quello precedentemente descritto, a fronte di un aumento nel materiale di scarto della lavorazione. Se si utilizza materiale a basso costo (leghe di tungsteno tra il 75% ed il 90% con rame o nichel), tale lavorazione risulta essere comunque molto competitiva in termini di costi di produzione.

Indipendentemente da come viene realizzata la struttura metallica 16, questa si inserisce ad “incastro”, vale a dire con leggera interferenza all’interno della matrice 3, garantendo un vincolo stabile tra questi due elementi e quindi tra i cristalli di scintillazione 2 e la struttura metallica 16.

Per garantire un vincolo ancora più efficace, le pareti della struttura metallica 16 possono venir ricoperte almeno parzialmente da un collante.

A prescindere dalla scelta di struttura metallica 16 tra le due descritte, è possibile attenuare considerevolmente il fenomeno di cross-talk dovuto all’effetto Compton. Infatti, come già detto l’effetto Compton è dovuto all’interazione dei fotoni gamma con ogni cristallo di scintillazione.

Tale effetto consiste nella cessione di parte dell’energia del fotone gamma interagente ad un elettrone appartenente al materiale del cristallo di scintillazione. Il fotone gamma, dopo questa interazione, come già spiegato sopra, ha minor energia e direzione diversa da quella originaria. Questo comporta un’elevata probabilità di attraversare lo stato di materiale legante che divide un cristallo dal cristallo adiacente, e produrre una nuova scintillazione (emissione di radiazione luminosa) nei cristalli adiacenti. Il fotone diffuso può quindi produrre più punti di scintillazione in cristalli vicini, falsando il calcolo dell a posizione di interazione.

La presenza della struttura metallica 16 immediatamente a valle del collimatore evita che fotoni gamma deviati da un cristallo di scintillazione possano raggiungere i cristalli adiacenti.

Dal momento che il materiale metallico 9 circonda le pareti laterali 11 di ogni cristallo 2 fin quasi alla fine della matrice 3, ed in particolare fino alla prima sezione interna 10, esiste un’elevata probabilità che i fotoni diffusi interagiscano con altri elettroni del cristallo ed esauriscano la loro energia prima che essi raggiungano la prima sezione interna 10 della matrice.

In altre parole, esiste un’elevata probabilità statistica che tutti gli effetti Compton si esauriscano all’interno dell’area del cristallo che il fotone gamma ha originariamente colpito, oppure sulle lamine adiacenti ad esso.

Ciò garantisce che, in maniera statisticamente significativa, un fotone gamma incidente su un cristallo non produca scintillazioni nei cristalli adiacenti in quanto viene fermato dalle lamine metalliche da cui è circondato.

Inoltre, vantaggiosamente, la struttura metallica 16 può venir inserita e vincolata con notevole facilità e precisione nella matrice 3 di legante e garantire che ogni cristallo di scintillazione 2 rimanga esattamente allineato agli altri cristalli ed allineato con la struttura metallica 16.

Un’ulteriore forma realizzativa, mostrata nelle figure da 7a a 7g, prevede di inserire le lamine metalliche 12 all* interno degli spazi vuoti 13 lasciati nella matrice di legante a seguito della rimozione di materiale posto tra cristalli 2 adiacenti.

In particolare, come illustrato in figura 7a e 7b, viene dapprima rimosso materiale della matrice 3 solo tra due file adiacenti di cristalli di scintillazione 2 o da un bordo della matrice 3 di materiale legante.

Successivamente, viene inserita una prima lamina 12 nello spazio vuoto 13, vale a dire nel canale 14 reso disponibile, tra due schiere 15 di cristalli di scintillazione 2.

L’operazione viene ripetuta fino all’inserimento di tutte le lamine 12 tra due schiere adiacenti e parallele di cristalli 2.

Alternativamente, è possibile rimuovere prima il materiale della matrice 3 tra schiere adiacenti e parallele di cristalli di scintillazione 2 (come nei due metodi sopra descritti) e successivamente inserire lamine 12 nei canali 14 resisi disponibili.

indipendentemente dalla scelta tra le due opzioni, la differenza tra questa forma alternativa ed i metodi già descritti risiede nel fatto che vengono inserite lamine 12 non tra loro vincolate in canali tra loro paralleli ricavati nella matrice 3 tra schiere 18 di cristalli 2 adiacenti, come illustrato in figura 7c.

Successivamente, vengono praticati ulteriori canali 14 perpendicolarmente a quelli già ottenuti e già riempiti con materiale metallico 9.

Va sottolineato che tali ulteriori canali 14 vengono ottenuti rimuovendo sia il materiale della matrice 3 di legante sia il materiale metallico 9 già introdotto, in modo tale da realizzare una pluralità di intagli 19 nelle lamine 12 già inserite.

Gli ulteriori canali 14 vengono realizzati in modo tale che il materiale (sia della matrice 3 di legante che delle lamine 12 già inserite) venga rimosso a partire dalla superficie di sommità 5 (quella destinata ad essere affacciata ad un collimatore) della matrice 3, fino alla prima sezione interna 10 della matrice posta tra la superficie di sommità 5 e la superficie di base 4 della matrice 3, vale a dire la superfìcie sulla quale sono allineate le pareti 6 dei cristalli 2 e destinata ad essere affacciata al trasduttore elettro-ottico.

Quindi, ancora una volta, i cristalli di scintillazione 2 non vengono separati dalla matrice 3 di legante.

Va inoltre notato che gli intagli 19 interessano tutte le lamine 12 della prima schiera e realizzano una pluralità di spazi vuoti 13 per linserimento di una seconda schiera 18 di lamine 12.

Le lamine 12 già inserite vengono quindi divise in una pluralità di lamine dagli intagli 19 che si estendono per tutto lo sviluppo in altezza delle lamine 12.

La seconda schiera di lamine 12 viene quindi inserita perpendicolarmente alla prima (figure da 7d a 7f) realizzando una struttura metallica 16 direttamente allinterno della matrice 3.

Metalli ad alto numero atomico adatti ad essere utilizzati sono ad esempio piombo, oro e ogni altro materiale facilmente lavorabile.

Per garantire che la struttura metallica 16 così ottenuta rimanga stabilmente vincolata all’interno della matrice 3, è prevista l’applicazione di uno strato di materiale legante al di sopra della struttura scintillante per annegare la struttura metallica 16 all’interno della matrice.

Va notato che le lamine 12 che devono essere posizionate lungo i bordi della matrice 3, possono essere preventivamente ricoperte, almeno parzialmente, di collante in modo tale da aderire alla superficie della matrice 3.

Infatti, in questo caso, la lamina 12 non risulta completamente alloggiata tra due schiere 18 di cristalli 2 ma solamente affacciata ad una schiera 18 di cristalli 2.

11 fatto che i cristalli di scintillazione 2 non siano, neanche in questo caso, completamente circondati dal materiale metallico non influenza in modo significativo (come sopra già detto) le prestazioni della struttura di scintillazione.

Va inoltre sottolineato che il metodo descritto, in tutte le sue varianti, è attuabile per realizzare sia strutture di scintillazione aventi cristalli 2 non igroscopici sia strutture di scintillazione aventi cristalli 2 igroscopici, in quanto qualsiasi fase di lavorazione non interessa la superficie di base 4 della matrice che, nel caso di cristalli igroscopici, è preventivamente ricoperta da uno strato di vetro per isolare i cristalli 2 dall’ambiente esterno.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per realizzare una struttura di scintillazione comprendente la fase di predisporre una matrice (3) di materiale legante all’interno della quale è presente una pluralità di cristalli di scintillazione (2), caratterizzato dal fatto di inserire materiale metallico (9) avente un alto numero atomico ed alta densità tra cristalli di scintillazione (2) tra loro adiacenti senza separare dalla matrice (3) di legante i cristalli di scintillazione (2).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui la fase di inserimento del materiale metallico (9) è preceduta dalla fase di rimuovere materiale legante posto tra cristalli di scintillazione (2) tra di loro adiacenti per realizzare uno spazio libero (13) tra detti cristalli di scintillazione (2) destinato ad alloggiare detto materiale metallico (9).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2 in cui il materiale legante viene rimosso da una superficie di sommità (5) della matrice (3), destinata ad essere affacciata ad un collimatore, fino ad una prima sezione interna (10) della matrice (3) posta tra detta superficie di sommità (5) ed una superfìcie di base (4) della matrice (3) sulla quale sono allineate pareti piane (6) dei cristalli (2) e destinata ad essere affacciata ad un trasduttore elettro-ottico.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il materiale della matrice (3) viene rimosso sostanzialmente perpendicolarmente ad una superficie di sommità (5) della matrice (3), in modo tale da realizzare canali (14) al’interno della matrice (3).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il materiale della matrice (3) viene dapprima rimosso tra schiere (15) adiacenti di cristalli di scintillazione (2) per dividere solo parzialmente dette schiere (15) tra di loro e successivamente viene rimosso in modo tale da separare solo parzialmente tra di loro i cristalli di scintillazione (2) di una stessa schiera (15).
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui la fase di inserire materiale metallico (9) comprende la fase preliminare di realizzare una struttura metallica (16) comprendente una pluralità di sedi di alloggiamento (17) aventi pareti allineate con lo spazio libero (13) lasciato vuoto nella matrice (3) di legante a seguito della rimozione di materiale posto tra cristalli (2) adiacenti; detta struttura metallica (16) venendo inserita in detto spazio libero (13) ricavato nella matrice (3) di legante.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la fase di realizzare una struttura metallica (16) comprende le fasi di predisporre due schiere (18) di lamine metalliche (12) e vincolare ciascuna lamina (12) di una schiera (18) con tutte le lamine (12) dell’altra schiera (18).
8. 8. Metodo seconda la rivendicazione 7, in cui in ciascuna lamina metallica (12) vengono praticati intagli (19) trasversali ad una direzione di sviluppo della lamina (12) stessa; un intaglio (19) di ciascuna lamina (12) di una schiera (18) impegnando un intaglio (19) di una lamina (12) dell’altra schiera (15).
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8 in cui detti intagli (19) sono praticati in ciascuna lamina (12) delle due schiere (15); detti intagli (19) essendo in numero pari al numero di sedi di alloggiamento (17) più uno ed estendendosi per metà della dimensione lungo una seconda direzione di sviluppo della lamina (12) perpendicolare alla prima.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9 in cui due di detti intagli (19) su ciascuna lamina (12) interessano i bordi della stessa realizzando due spallamenti (20) laterali destinati ad impegnare intagli (19) di una lamina (12) dell’altra schiera (18).
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui dette sedi di alloggiamento (17) della struttura metallica (16) sono ottenute per asportazione di materiale da un blocco di materiale metallico (9).
12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui la fase di inserire materiale metallico (9) comprende le fasi di inserire lamine metalliche (12) all’intern di spazi liberi (13) realizzati nella matrice (3) di legante a seguito della rimozione di materiale posto tra cristalli (2) adiacenti.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui una prima schiera (18) di lamine metalliche (12) sono inserite tra schiere (15) adiacenti di cristalli di scintillazione (2) per dividere solo parzialmente dette schiere (15) tra di loro; una seconda schiera (18) di lamine (12) venendo successivamente inserita in modo tale da separare solo parzialmente tra di loro i cristalli di scintillazione (2) di una stessa schiera (15).
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente, successivamente alla fase di inserimento della prima schiera (18) di lamine (12), la fase di realizzare una pluralità di intagli (19) nelle lamine (12) inserite e nella matrice (3) di materiale legante; ciascuno di detti intagli (19) interessando tutte le lamine (12) della prima schiera (18) per realizzare una pluralità di spazi liberi (13) per l’inserimento di detta seconda schiera (18) di lamine (12).
15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui detti intagli (19) in ciascuna lamina (12) della prima schiera (18) si estendono lungo tutto lo sviluppo delle stessa dividendola in una pluralità di lamine.
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, comprendente la fase di colare uno strato di materiale legante (23) al di sopra della struttura scintillante successivamente alla fase di inserimento della seconda schiera (18) di lamine (12) per vincolare stabilmente il materiale metallico (9) nella posizione assunta.
17. 17. Struttura di scintillazione comprendente una matrice (3) di materiale legante, una pluralità di cristalli di scintillazione (2) posti all’interno di detta matrice (3) e materiale metallico (9) avente un alto numero atomico ed alta densità posto tra cristalli di scintillazione (2) per schermare almeno parzialmente tra di loro i cristalli (2), caratterizzata dal fatto che detto materiale metallico (9) è posto tra detti cristalli di scintillazione (2) in modo tale che detti cristalli (2) siano tra di loro meccanicamente vincolati attraverso detta matrice (3) di materiale legante da una parte della struttura di scintillazione destinata ad essere affacciata ad un trasduttore elettro-ottico.
18. 18. Struttura di scintillazione secondo la rivendicazione 17, in cui detta matrice (3) di materiale legante comprende una superficie di sommità (5) destinata ad essere affacciata ad un collimatore ed una superficie di base (4) opposta alla superfìcie di sommità (5) destinata ad essere affacciata trasduttore elettro-ottico; detta superficie di sommità (5) coprendo completamente detti cristalli scintillanti (2); detti cristalli (2) presentando rispettive pareti (6) complanari a, e non ricoperte da, detta superficie di base (4).
19. 19. Struttura di scintillazione secondo la rivendicazione 18, in cui detto materiale metallico (9) attraversa detta superfìcie di sommità (5) della matrice (3) di materiale legante e raggiunge, senza oltrepassare, una prima sezione interna (10) della struttura di scintillazione posta in prossimità di detta superficie di base (4); detti cristalli di scintillazione (2) estendendosi tra detta superficie di base (4) ed una seconda sezione interna (8) della struttura di scintillazione posta in prossimità di detta superficie di sommità (5).
20. 20. Struttura di scintillazione secondo la rivendicazione 19, in cui il materiale legante posto tra detta prima sezione interna (10) e detta superficie di base (4) della matrice (3) vincola meccanicamente tra di loro detti cristalli di scintillazione (2).
21. 21. Struttura di scintillazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 18 a 20, comprendente una lastra (7) in materiale trasparente a radiazioni luminose posta in contatto con una superficie di base (4) della matrice (3) di materiale legante per isolare detti cristalli di scintillazione (2) dall’ambiente esterno.
22. 22. Gamma camera comprendente almeno una struttura di scintillazione secondo una o più delle rivendicazioni da 17 a 21.