ITRM20120485A1 - Collimatore inclinabile, in particolare per tomografia a emissione di fotone singolo - Google Patents

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ITRM20120485A1
ITRM20120485A1 IT000485A ITRM20120485A ITRM20120485A1 IT RM20120485 A1 ITRM20120485 A1 IT RM20120485A1 IT 000485 A IT000485 A IT 000485A IT RM20120485 A ITRM20120485 A IT RM20120485A IT RM20120485 A1 ITRM20120485 A1 IT RM20120485A1
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tubular structure
structures
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Roberto Pani
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Univ Roma
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    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation
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Description

Collimatore inclinabile, in particolare per tomografia a emissione di fotone singolo
Descrizione
La presente invenzione si riferisce a una collimatore inclinabile, in particolare impiegabile nella tecnica di imaging nota come tomografia a emissione di fotone singolo (Single Photon Emission computed tomography - SPECT).
Questa tecnica di imaging medico della medicina nucleare impiega raggi gamma come radiazione ionizzante e utilizza una cosiddetta gamma camera per recepire l'immagine ma consente di elaborare un'immagine sostanzialmente tridimensionale sotto forma di sezioni assiali, sagittali o coronali. La tecnica prevede l'assunzione, da parte del paziente, di opportuni radio farmaci, per esempio il "<m>Tc-HMPAO (hexamethylpropylene amine oxime) , per provocare l'emissione localizzata fotoni che devono essere rilevati dalla gamma camera.
II radio farmaco si accumula in ragione della specifica funzionalità metabolica del tessuto o organo e con lo stesso principio può accumularsi nei tessuti tumorali. La rivelazione del radioisotopo consente di individuare l'esatta posizione del tumore che potrà poi essere asportato chirurgicamente o altrimenti trattato.
Il funzionamento della gamma camera si basa sulla capacità di alcuni cristalli di generare fotoni di luce visibile quando colpiti dalla radiazione gamma proveniente dalla sorgente. Questi fotoni vengono evidenziati con l'impiego di fotomoltiplicatori e trasformati in impulsi elettrici.
Il numero di eventi rilevati nell'unità di tempo è proporzionale alla concentrazione di radioisotopo. La radiazione gamma inoltre non subisce alterazioni nella sua direzione di emissione, per via del suo elevatissimo potere penetrante, e quindi tale direzione può essere sfruttata per conferire la richiesta tridimensionalità all'immagine che viene elaborata
Generalmente, per captare le immagini, la gamma camera viene ruotata attorno al paziente allo scopo di ottenere la scansione di immagini planari nelle diverse proiezioni ottenute durante la rotazione. II tempo necessario per ottenere ogni proiezione è variabile, ma è tipica una durata di 15 - 20 secondi. Questo comporta un tempo totale di scansione di circa 15-20 minuti, intervallo di tempo in cui il paziente deve rimanere immobile. La lunghezza dell'intervallo richiede anche l'assunzione di una forte dose di radio farmaco, che è potenzialmente nocivo per la salute del paziente.
Pertanto, è desiderabile rendere più rapido l'esame e diminuire la quantità di radio farmaco assunta. Inoltre, la rotazione della gamma camera comporta un allontanamento della stessa dal sito di interesse con il conseguente degrado della risoluzione spaziale e del contrasto, in particolare per oggetti di piccole dimensioni.
L'idea di soluzione consiste nel fornire un collimatore che consenta di raccogliere emissioni fotoniche aventi una determinata inclinazione, variabile nel tempo, senza richiedere la rotazione della gamma camera.
Tuttavia, questo collimatore deve essere capace di realizzare una collimazione molto precisa ad angoli predeterminati, ottenuti inclinando elementi che per la loro forma possono raccogliere fotoni provenienti da un'unica direzione.
La domanda internazionale di brevetto No. W02010/008538 descrive una tecnica di imaging di tipo stereotattico, in cui due insiemi di una pluralità di lamine metalliche vengono inclinate nei confronti di una linea perpendicolare al piano della gamma camera. L'inclinazione dei due gruppi di lamine è speculare, ma questa disposizione richiede necessariamente un sensore molto ampio, e un preciso allineamento delle diverse lamine durante la loro inclinazione e difficile da ottenere.
Il brevetto USA No. 6,603,123 descrive un collimatore che, rispetto al precedente, comprende un solo gruppo di lamine che viene inclinato. Nel corso di questo processo, le lamine possono rimanere parallele tra loro o possono assumere angolazioni diverse. Tuttavia, in entrambi i casi, vista la precisione richiesta, è molto difficile assicurare l'esatto posizionamento di ogni singola lamina, considerando che la distanza tra le lamine inclinate adiacenti varia al variare dell'inclinazione stessa.
Infine, il brevetto USA No. 4,419,585 descrive anch' esso un collimatore inclinabile, ottenuto mediante la sovrapposizione di una pluralità di lastre forate, con i fori disposti coassialmente uno rispetto all'altro.
Traslando orizzontalmente tali piastre di una quantità diversa da piastra a piastra: immobile quella più vicina al sensore e via via aumentando allontanandosi da essa, si ottiene un'inclinazione dei fori risultanti da detta sovrapposizione.
Tuttavia, anche questa disposizione è molto difficile da controllare, e inoltre i fori risultanti hanno pareti a gradini che diminuiscono la precisione risultante.
Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire un collimatore che consenta di ovviare agli inconvenienti menzionati con riferimento alla tecnica nota.
Tale problema viene quindi risolto da collimatore come sopra specificato, che si caratterizza per il fatto di comprendere:
• una pluralità di strutture tubolari affiancate atte a formare una matrice di strutture tubolari su uno spazio bidimensionale; ciascuna struttura tubolare essendo a contatto con le strutture tubolari ad essa adiacenti in modo tale da potersi inclinare solo in presenza di un'uguale inclinazione nelle strutture tubolari adiacenti, ciascuna struttura tubolare comprendendo almeno un foro passante; e
• mezzi di ritegno, agenti sui margini esterni di detta matrice, atti a muoversi orizzontalmente per determinare l'inclinazione simultanea di tutte le strutture tubolari della matrice.
Il principale vantaggio del collimatore inclinabile secondo la presente invenzione risiede nel permettere una scansione della sorgente da diversi angoli della sorgente gamma inclinando progressivamente le singole strutture tubolari con grande precisione e in modo estremamente rapido. La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo un suo esempio di realizzazione preferita, fornito a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:
· la figura 1 mostra una vista prospettica di una testa di una gamma camera che incorpora un primo esempio di realizzazione di un collimatore inclinabile secondo la presente invenzione ;
la figura 2 mostra una vista ingrandita di un dettaglio del collimatore di figura 1;
le figure 3A e 3B mostrano rispettivamente una vista frontale e una vista laterale della gamma camera di figura 1;
la figura 4 mostra una vista in pianta dall'alto della gamma camera di figura 1;
la figura 5 mostra una vista prospettica di un secondo esempio di realizzazione di un collimatore inclinabile secondo la presente invenzione ;
la figura 6 mostra una vista frontale del collimatore di figura 5;
la figura 7 mostra una vista assonometrica in parziale esplosione di un particolare interno al collimatore di figura 5;
la figura 8 mostra una vista assonometrica in parziale esplosione dell'insieme del collimatore di figura 5;
la figura 9 mostra una vista in pianta dall'alto di un dettaglio del collimatore di figura 5;
la figura 10 mostra una vista assonometrica dal basso e rovesciata del dettaglio di figura 9;
· la figura 11 mostra una vista assonometrica in parziale esplosione, dal basso e rovesciata, del dettaglio di figura 9; e
• le figure 12A, 12B e 12C illustrano il funzionamento del collimatore di figura 5.
Con riferimento alle figure da 1 a 4, una gamma camera è indicata nel suo complesso con 1. Essa comprende un cristallo planare, non visibile, che sovrasta un fotomoltiplicatore 2 che presenta a sua volta una molteplicità di contatti 3.
Detto cristallo, che costituisce la faccia superiore della gamma camera, fornisce la base di appoggio per un primo esempio di collimatore, qui indicato con 4, di tipo inclinabile, atto a selezionare l'angolo di incidenza delle radiazioni gamma provenienti da un organo che viene sottoposto a tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT). Il collimatore 4 comprende una pluralità di strutture tubolari 5 affiancate che, nel loro insieme, sono disposte una affiancata all'altra in modo da formare una matrice di strutture tubolari 7 su uno spazio bidimensionale piano, ovvero sostanzialmente ricoprendo l'intera superficie del cristallo della gamma camera 1.
Le strutture tubolari 5 devono intendersi rigide, e sono fatte di un materiale impervio alla radiazione gamma, in particolare di piombo.
Ciascuna struttura tubolare 5 comprende almeno un foro passante 6 e presenta una forma sostanzialmente a parallelepipedo, con parete esterne piane e lisce.
Nel presente esempio di realizzazione, ciascuna struttura 5 è conformata sostanzialmente a griglia, comprendendo una base quadrata e 25 fori: cinque linee di cinque fori ciascuna.
A titolo esemplificativo, ciascun foro ha una sezione quadrata, allo scopo di minimizzare lo spessore delle pareti di piombo che li separano, con una dimensione trasversale variabile tra 0,5 e 3,0 mm.
Considerando lo spessore delle pareti, le dimensioni trasversali complessive di ciascuna struttura tubolare variano da 5 x 5 mm a 20 x 20 mm.
L'altezza della struttura tubolare 5 potrà variare di conseguenza tra 10 mm e 50 mm, assicurando che 1'altezza sia sempre maggiore della larghezza trasversale della struttura 5.
L'estensione della matrice di strutture tubolari 5 può coprire anche una superficie di entità considerevole, per esempio 800 x 400 mm.
Si intende comunque che la struttura a 25 fori è solo una di quelle possibili, laddove è possibile impiegare 16, 9, 4 o anche un unico foro per struttura tubolare, ottenendo il miglior compromesso tra stabilità meccanica e interazione tra le strutture affiancate. Ovviamente, la sezione quadrata della struttura 5 non è una peculiarità essenziale, mentre la sezione quadrata dei singoli fori è preferita, anche se è possibile impiegare una struttura ad alveare con fori esagonali o configurazioni analoghe.
Ciascuna struttura tubolare 5 è contatto con le strutture tubolari ad essa adiacenti in modo tale da potersi inclinare solo in presenza di un'uguale inclinazione nelle strutture tubolari 5 adiacenti. In altre parole, è possibile inclinare le strutture 5 tutte assieme e della stessa inclinazione, quindi la matrice 7 si inclina in un'unica soluzione di un'angolazione prefissata.
Per ottenere ciò è possibile impiegare mezzi di ritegno 8 che tengano tutte le strutture tubolare 5 in una posizione prefissata una rispetto all'altra, e per far traslare le strutture in corrispondenza della loro rispettiva estremità distale, ovvero quella distante dal cristallo della gamma camera, o nelle immediate vicinanze.
A questo proposito, il collimatore 4 comprende mezzi di ritegno, agenti sui margini esterni di detta matrice 7, atti a muoversi orizzontalmente per determinare l'inclinazione simultanea di tutte le strutture tubolari 5 della matrice 8.
Preferibilmente, i mezzi di ritegno agiscono per contatto in corrispondenza dell'estremità distale delle strutture tubolari 5 appartenenti ai bordi della matrice 7.
In particolare, è sufficiente agire in corrispondenza di dette estremità distali spingendo in direzione orizzontale su un lato della matrice, e accompagnando il moto in avanti delle estremità distali in corrispondenza del lato opposto. Sugli altri due lati, paralleli alla direzione di spinta, sarà sufficiente usare una guida che accompagna l'inclinazione delle strutture tubolari 5.
In questo modo, un sistema meccanico semplice può comandare con estrema precisione l'inclinazione delle strutture tubolari 5 dell'intera matrice 7. Una scansione potrà essere quindi realizzata in tempi rapidi, inclinando via via la matrice di un angolo di passo predeterminato.
Con riferimento alle figure da 5 a 12C, viene descritto un ulteriore esempio di realizzazione del collimatore secondo la presente invenzione; nel seguito gli stessi riferimenti numerici verranno impiegati per indicare componenti analoghi.
II secondo esempio di collimatore 4 comprende una struttura scatolare il di forma sostanzialmente squadrata, che presente un perimetro di pareti verticali fisse.
All'interno di tale struttura, è accolta una pluralità di strutture tubolari 5 che, nel presente esempio di realizzazione, hanno la forma di una sbarra, ovvero di un parallelepipedo allungato che si estende da una parete della struttura scatolare alla parete opposta.
L'altezza di ciascuna struttura tubolare 5 è sostanzialmente analoga a quella della struttura scatolare il, e la larghezza è tale da consentire la realizzazione di un certo numero di fori passanti, che attraversano la struttura nella direzione dell'altezza. Il numero di fori passanti è variabile, per esempio essi possono essere cinque o sei, ed essere disposti realizzando uno schema a nido d'ape.
La sbarra può essere realizzata a sua volta da sottostrutture tubolari affiancate.
La struttura scatolare 11 conterrà quindi una pluralità di strutture tubolari 5 affiancate e parallele una all'altra, in modo da ricoprire l'intera superficie del cristallo di una gamma camera.
Analogamente all'esempio precedente, le strutture tubolari 5 devono intendersi rigide, e sono fatte di un materiale impervio alla radiazione gamma, in particolare di piombo.
Ciascuna struttura tubolare 5 è quindi contatto con le strutture tubolari ad essa adiacenti in modo tale da potersi inclinare solo in presenza di un'uguale inclinazione nelle strutture tubolari 5 adiacenti.
In altre parole, è possibile inclinare le strutture 5 tutte assieme e della stessa inclinazione, in un'unica soluzione di un'angolazione prefissata. Per ottenere ciò è possibile impiegare mezzi di ritegno 8 che tengano tutte le strutture tubolare 5 in una posizione prefissata una rispetto all'altra, e per far traslare le strutture in corrispondenza della loro rispettiva estremità distale, ovvero quella distante dal cristallo della gamma camera, o nelle immediate vicinanze.
Nel presente esempio di realizzazione, i mezzi di ritegno, indicati nel loro complesso con 8, comprendono una coppia di lamine 12 che aderiscono lateralmente alle strutture tubolari 5, in modo da contenerle. In corrispondenza di ciascuna estremità, ciascuna struttura tubolare 5 comprende rispettivi elementi di fissaggio 13 che includono una morsa a vite 14 che è capace di essere connessa all'estremità della struttura tubolare 5.
L'elemento di fissaggio 13 comprende inoltre, sulle proprie superfici laterali, una sistema di reciproco contatto costituito da un lato da una guida 15 ottenuta fissando con apposite viti una lamina che presenta una sezione a U, con la concavità rivolta verso l'esterno. Dall'altro lato dell'elemento di fissaggio 13 la struttura di contatto comprende invece una corrispondente nervatura 16, anch'essa ottenuta fissando con apposite viti una barretta 17 che presenta, in corrispondenza delle proprie estremità inferiore e superiore, un inserto a mezzaluna 18 la cui forma è tale da essere complementare all'incavo della guida 15.
In questo modo ciascuna guida 15 può cooperare con gli inserti a mezzaluna 18 della nervatura 16 della struttura tubolare adiacente, e viceversa.
Ciascun elemento di fissaggio 13 comprende inoltre, in corrispondenza della propria base esterna, ovvero sulla faccia rivolta verso la superficie interna della struttura scatolare 11, una ruota 19 disposta folle su un perno 20 sporgente dalla base dell'elemento di fissaggio.
Il diametro della ruota è tale che ciascuna ruota 19 è a contatto con le ruote 19 delle strutture tubolari 5 adiacenti; in questo modo è possibile controllare l'inclinazione di tutte le strutture tubolari 5 comandandone in inclinazione solamente una, in particolare quella centrale.
A tale proposito, ciascun perno 20 comprende inoltre una testa circolare 30 che è destinata ad essere accolta in una scanalatura 31 formata internamente alla parete verticale della struttura scatolare 11 e su entrambi i suoi lati. Ciascuna scanalatura 31 non è passante e presenta due tratti rettilinei, ciascun tratto accogliendo le teste 30 delle strutture tubolari 5 da una parte e dell'altra rispetto alla struttura tubolare centrale.
Inoltre, le teste 30 della struttura tubolare centrale è ricevuta in un incavo circolare 32 che permette la sola rotazione e non la traslazione della rispettiva testa 30.
Inoltre, gli elementi di fissaggio 13 contrapposti della struttura tubolare centrale comprendono rispettivamente, nella loro parte superiore, un perno di comando 21 che sporge faccia rivolta verso la superficie interna della struttura scatolare 11 e passa attraverso la rispettiva parete verticale attraverso una rispettiva fessura 22 che presenta un profilo arcuato, circolare.
Sulla superficie esterna, al di sotto della fessura 22, la struttura scatolare 11 presenta una scala graduata 25 che indica l'inclinazione delle strutture tubolari 5 interne.
Il perno di comando 21 viene guidato lungo la fessura 22 da una manovella 23 articolata al di sotto della fessura 22, su entrambi i lati della struttura scatolare 11. L'articolazione corrisponde sostanzialmente al sopra citato incavo circolare 32.
La manovella 23 è comandata grazie a una manopola 24 disposta sull'estremità superiore della manovella stessa.
In questo modo, questo sistema meccanico semplice può di nuovo comandare con estrema precisione l'inclinazione delle strutture tubolari all'interno della struttura scatolare. Una scansione potrà essere quindi realizzata in tempi rapidi, inclinando via via la matrice di un angolo di passo predeterminato .
Al sopra descritto collimatore inclinabile un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Collimatore inclinabile (4), in particolare impiegabile nella tecnica di imaging di tomografia a emissione di fotone singolo, comprendente: · una pluralità di strutture tubolari (5) affiancate, atte a formare una matrice (7) di strutture tubolari (5) su uno spazio bidimensionale; ciascuna struttura tubolare (5) essendo a contatto con le strutture tubolari (5) ad essa adiacenti in modo tale da potersi inclinare solo in presenza di un'uguale inclinazione nelle strutture tubolari (5) adiacenti, ciascuna struttura tubolare (5) comprendendo almeno un foro passante (6); e • mezzi di ritegno (8), agenti sui margini esterni di detta matrice (7), atti a muoversi orizzontalmente per determinare l'inclinazione simultanea di tutte le strutture tubolari (5) della matrice (7).
  2. 2. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui le strutture tubolari (5) sono metalliche e rigide, di un materiale impervio alla radiazione gamma, in particolare di piombo.
  3. 3. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 4, in cui ciascuna struttura tubolare (5) presenta una forma sostanzialmente a parallelepipedo, con parete esterne piane e lisce.
  4. 4. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna struttura tubolare (5) è conformata sostanzialmente a griglia realizzata da detti fori passanti (6).
  5. 5. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun foro passante ha una dimensione trasversale variabile tra 0,5 e 3,0 mm.
  6. 6. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna struttura tubolare (5) presenta un'altezza variabile tra 10 mm e 50 mm, assicurando che l'altezza sia sempre maggiore della larghezza trasversale della struttura tubolare (5).
  7. 7. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di ritegno agiscono su strutture tubolari (5) della matrice (7) in corrispondenza della loro rispettiva estremità distale, ovvero quella distante dal cristallo della gamma camera, o nelle immediate vicinanze.
  8. 8. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di ritegno agiscono sui due lati paralleli alla direzione di spinta come guida che accompagna l'inclinazione delle strutture tubolari (5).
  9. 9. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 1 in cui ciascuna struttura tubolare (5) ha la forma di una sbarra, ovvero di un parallelepipedo allungato, la larghezza essendo tale da consentire la realizzazione di un certo numero di fori passanti (6), che attraversano la struttura nella direzione dell'altezza.
  10. 10. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 9, in cui i mezzi di ritegno (8) comprendono: • una coppia di lamine (12) che aderiscono lateralmente alle strutture tubolari (5), in modo da contenerle; e • in corrispondenza di ciascuna estremità di una struttura tubolare (5), rispettivi elementi di fissaggio (13) che includono una morsa (14) che è capace di essere connessa all'estremità della struttura tubolare (5).
  11. 11. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 10, in cui ciascun elemento di fissaggio (13) comprende, sulle proprie superfici laterali, una sistema di reciproco contatto costituito da un lato da una guida (15) e da una corrispondente nervatura (16), la cui forma è tale da essere complementare all'incavo della guida (15).
  12. 12. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 9, in cui le strutture tubolari (5) sono accolte in una struttura scatolare (11) di forma sostanzialmente squadrata, che presente un perimetro di pareti verticali fisse; in cui ciascun elemento di fissaggio (13) comprende inoltre, in corrispondenza della propria base esterna, ovvero sulla faccia rivolta verso la superficie interna della struttura scatolare (11), una ruota (19) disposta folle su un perno (20) sporgente dalla base dell'elemento di fissaggio (15), il diametro della ruota essendo tale che ciascuna ruota (19) è a contatto con le ruote (19) delle strutture tubolari (5) adiacenti; e in cui ciascun perno (20) comprende inoltre una testa (30) accolta in una scanalatura (31) formata internamente alla parete verticale della struttura scatolare (11).
  13. 13. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 12, in cui ciascuna scanalatura (31) presenta due tratti rettilinei, ciascun tratto accogliendo le teste (30) da una parte e dell'altra rispetto a una struttura tubolare centrale, le teste (30) della struttura tubolare centrale essendo ricevuta in un incavo circolare (32) che permette la sola rotazione e non la traslazione della rispettiva testa (30).
  14. 14. Collimatore (4) secondo la rivendicazione 13, in cui gli elementi di fissaggio (13) contrapposti della struttura tubolare centrale comprendono rispettivamente, nella loro parte superiore, un perno di comando (21) che sporge faccia rivolta verso la superficie interna della struttura scatolare (11) e passa attraverso la rispettiva parete verticale attraverso una rispettiva fessura (22) che presenta un profilo arcuato, circolare, essendo prevista una manovella (23) articolata al di sotto della fessura (22), su entrambi i lati della struttura scatolare (11), l'articolazione corrispondendo sostanzialmente al detto incavo circolare (32), la manovella (23) essendo comandata grazie a una manopola (24) disposta sull'estremità superiore della manovella stessa.
  15. 15. Gamma camera (1) che comprende un cristallo planare che sovrasta un fotomoltiplicatore (2) e che costituisce la faccia superiore della gamma camera (1), fornendo la base di appoggio per un collimatore inclinabile (4) di una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, atto a selezionare l'angolo di incidenza delle radiazioni gamma provenienti da un organo che viene sottoposto a tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT).
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