ITRM20120491A1

ITRM20120491A1 - Gamma camera portatile.

Info

Publication number: ITRM20120491A1
Application number: IT000491A
Authority: IT
Inventors: Roberto Massari; Alessandro Soluri
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-17
Also published as: EP2909654B1; CA2888134C; ES2616414T3; US9408583B2; EP2909654A1; WO2014061047A1; CA2888134A1; US20150282773A1

Description

DESCRIZIONE

"GAMMA CAMERA PORTATILE"

La presente invenzione ha per oggetto una gamma camera portatile, in particolare del tipo interamente integrato, vale a dire atto a funzionare in assenza di alcun cavo di collegamento esterno con altre apparecchiature.

Il principale ambito di utilizzo del dispositivo è orientato alle applicazioni medico-diagnostiche.

E' noto che nelle applicazioni di diagnostica medica è frequente la necessità di poter disporre di strumenti portatili avente elevata maneggevolezza, al fine di consentire un diretto utilizzo dello strumento (rivelatore) sul paziente ed una visualizzazione delle immagini con unità dedicate poste nelle vicinanze del rivelatore. Tale tipologia di rivelatori è caratterizzata da una limitata area di rivelazione e da un peso relativamente modesto.

Questa tipologia di applicazione trova una giustificazione tecnica legata al fatto che solo diminuendo l'area di rivelazione il peso complessivo del rivelatore può essere contenuto e di conseguenza l'uso di rivelatori portatili può trovare un valido utilizzo ad esempio in sala operatoria e nella chirurgia radioguidata, oltre alla diagnosi di piccoli organi. Spesso la separazione tra rivelatore ed unità di controllo/visualizzazione è resa necessaria per ridurre il peso dell'intero rivelatore, poiché altrimenti non risulterebbe facilmente maneggevole nel suo utilizzo. Tìpicamente il peso di tali rivelatori è dovuto essenzialmente ai materiali per la schermatura dalle radiazioni esterne (schermatura della struttura di scintillazione e collimatore) che non devono arrivare sulla superficie di rivelazione e tipicamente il peso si aggira intorno ad 1-2 kg per i rivelatori più avanzati, aventi una piccola area di rivelazione (5 cm x 5 cm). Chiaramente anche la componente legata all'utilizzo di equipaggiamento elettronico incide sulle dimensioni finali e di conseguenza sulla reale possibilità di rendere maneggevole il rivelatore così realizzato.

Quindi i suddetti rivelatori portatili impediscono la visualizzazione delle immagini direttamente sulla medesima struttura manovrata dall'operatore. Un dispositivo piccolo, di area contenuta e facilmente manovrabile, può infatti essere posizionato direttamente sull'organo interessato, cosa molto difficile da realizzare con un rivelatore di grandi dimensioni. Ridurre la distanza organo-rivelatore inoltre ha una notevole incidenza sulla risoluzione spaziale del dispositivi ai fini diagnostici.

Nella tecnica comune, l'uso di grandi rivelatori a volte prevede eventuali aggiustamenti della posizione organorivelatore, da effettuare solo dopo alcune preliminari acquisizioni e costringendo l'operatore a successivi posizionamenti del rivelatore sulle zone da analizzare. In pratica la necessità di separare le unità di rivelazione dall'unità di controllo e visualizzazione, seppur limitata ai sistemi di area elevata, trova una logica in quel tipo di indagini in cui il rivelatore è molto più grande dell'organo del paziente da analizzare mentre risulta estremamente critico, al contrario, quando l'area di rivelazione diventa piccola rispetto alla zona ove posizionare il rivelatore per la ricerca di eventuali patologie e che quindi necessita di rapide esplorazioni successive. Molto evidente appare il vantaggio in sala operatoria dove l'esplorazione di aree di tessuto con un rivelatore di dimensioni contenute ha necessariamente bisogno di misure preliminari per il corretto posizionamento dell'area di rivelazione sulla parte interessata o sull'organo (colon, mammella, tiroide e paratiroidi, ecc.)

Nel caso di rivelatori di piccola area, ove il rivelatore in ogni caso è separato dall'unità di controllo e visualizzazione, per ovvi motivi di contenimento del peso dell'intero dispositivo, la necessità del posizionamento del rivelatore rispetto all'area fisica da indagare, comporta la necessità all'operatore di dover identificare dei dettagli diagnostici dell'immagine osservata su un monitor esterno, distante dalla corrispettiva area di indagine, con la conseguenza di dover applicare delle inevitabili approssimazioni rispetto a quello che viene visualizzato, non avendo una corrispondenza immediata tra area fisica del display e quella del rivelatore.

E' altresì noto, dalla domanda di brevetto statunitense US2011/0208049, uno strumento di rivelazione portatile che presenta uno schermo di visualizzazione integrato all'interno del rivelatore stesso.

Tale strumento, tuttavia, presenta elementi di rivelazione (realizzati in semiconduttore, in particolare CdZnTe) di dimensioni molto grandi (3 mm x 3 rara) che penalizzano notevolmente il raggiungimento di risoluzioni spaziali accettabili.

In particolare, in US2011/0208049 viene indicata un'area complessiva di indagine (per il sistema denominato Microimager) che va da 3 pollici x 3 pollici fino a 5 pollici x 5 pollici. Sviluppando tali aree di rivelazione, il numero minimo dì elementi di rivelazione per il dispositivo più piccolo, utilizzando pixel da 3 mm x 3 mm, sarebbe 625. Ogni elemento di CdZnTe va collegato con un singolo preamplif ìcatore mediante una serie di chip ASIC denominati RENA, i quali possono gestire ognuno fino ad un massimo di 32 segnali. In pratica per gestire tutti i segnali necessari al funzionamento della gamma camera occorrerebbero almeno venti chip RENA. Considerate le dimensioni di tali chip, commercialmente prodotte nella versione aggiornata di 36 segnali contemporanei per singolo chip, il volume necessario all' impaccamento dei chip e la loro scheda di gestione appare molto elevato e non facilmente adeguato alle caratteristiche di compattezza e maneggevolezza desiderate. Inoltre, poiché ogni preamplificatore sviluppa un assorbimento di almeno 5 mW per canale, come indicato dall'ultimo modello prodotto, si avrebbe un consumo pari almeno a 3 W complessivi. Inoltre ogni chip RENA per gestire 32-36 segnali è abbinato ad un singolo ADC (convertitore analogico-digitale) con un consumo medio di circa 100 mW. Pertanto 20 chips RENA hanno bisogno almeno di altrettanti ADC per cui si ha un consumo medio di almeno altri 2 W di assorbimento. L' evoluzione delle schede RENA-3 porta ad una scheda integrata con 4 chips RENA montati a bordo per gestire contemporaneamente 4 blocchi con 4 ADC, per un totale di 144 canali. Ogni ADC è legato all'uso di una FPGA, il cui consumo medio può essere stimato in circa 0.5 W. Pertanto il consumo legato all'uso di 5 schede con 4 chips RENA a bordo è di circa almeno 2.5 W. Il totale stimato di tale elettronica è pertanto 7.5 W, senza considerare altri consumi legati ad altri componenti (display, microprocessore, ecc).

Per gestire i 625 elementi servirebbero almeno 5 schede complete di ADC. Le dimensioni della singola scheda RENA con 4 chips integrati è di circa 20 cm x 6 citi, con uno spessore di almeno 1-2 cm legato alla presenza di componenti e connettori e la necessaria presenza di ventole di raffreddamento per la dissipazione di calore, necessari per smaltire la temperatura legata all'uso di una moltitudine di schede che dissipano calore. In tale situazione l'assorbimento legato all'elettronica di gestione dei segnali, senza considerare altri consumi, è molto elevato (circa 7-8 W) oltre che a fornire ingombri decisamente non ridotti. Infatti, l'area minima necessaria ad ospitare le schede deve essere di almeno 20 cm x almeno 6 cm, a cui vanno abbinati anche il posizionamento del rivelatore che misura nella dimensione minore circa 7.5 cm x 7.5 cm (3 pollici x 3 pollici) . Pertanto, il contenitore esterno non potrà avere ingombri inferiori a 20 cm x 10 cm x 12-15 citi. I problemi di alto assorbimento complessivo (circa 8 W) ed il volume complessivo sviluppato dalla elettronica necessaria al suo funzionamento rendono poco praticabile la possibilità di arrivare ad un dispositivo maneggevole (quindi compatto e leggero). Il tutto con un peso complessivo fortemente legato all'uso di un collimatore idoneo all'utilizzo diagnostico. Per un collimatore standard in Pb da 24 mm adattabile all'area di rivelazione (7.5 cm x 7.5 cm) e fori da 2 mm, con ring in piombo da 2 mm per tagliare gli eventi non paralleli che attraversano i setti, si può ipotizzare un peso non inferiore a 600 grammi, a cui si deve aggiungere la schermatura laterale sempre in Pb da 2mm per gli elementi di rivelazione nonché il peso delle batterie necessarie a far funzionare l'apparecchiatura (con i consumi summenzionati, decisamente molto elevati) almeno per una durata di 2 ore. Pertanto il peso del dispositivo può essere abbondantemente superiore ai 2 kg ed un volume stimato di 20 cm x 10 cm x 15 cm. Dai dati riportati dal brevetto in questione, le caratteristiche di assorbimento delle schede RENA, il cui numero è fortemente dipendente dal numero di pixel di CdZnTe, sono compatibili con un valore complessivo di almeno 8

W.

Se si passasse ad un'area superiore, come indicato nel testo del brevetto (ed in particolare nel caso di un'area complessiva di rivelazione di 5 pollici x 5 pollici), servirebbero 42 x 42 elementi di CdZnTe (totale di 1764 elementi). La gestione di questi elementi richiede, nel caso si usassero le nuove RENA-3 da 36 canali, 49 chips. Montando su ogni board 4 chips RENA sarebbero necessarie almeno 11 schede con a bordo un ADC a 4 canali. Sarebbe pertanto necessario alimentare 1764 elementi che assorbono almeno 5 mW ciascuno, portando l'assorbimento a circa 9 W. Le 49 schede con ADC a bordo svilupperebbero almeno 5 W, mentre l'assorbimento delle 11 schede con FPGA porterebbe il consumo di altri 5.5 W. Il tutto consumerebbe circa 20 W ed avrebbe un ingombro complessivo di 20 cm x 20 cm x 15 cm.

Confrontando il rapporto tra area di rivelazione e volume di ingombro, si può asserire che nel caso del documento citato, relativamente allo sviluppo di una area di rivelazione di 3 pollici x 3 pollici tale valore è di circa 1.9%, mentre nel caso di un'area di rivelazione di 5 pollici x 5 pollici tale valore è di 2.7 %

Con riferimento alle prestazioni ottenibili, occorre considerare che il tentativo di migliorare la risoluzione spaziale in questo tipo di rivelatore richiederebbe di ridurre la dimensione degli elementi di rivelazione e di conseguenza aumentare il numero di canali di preamplificazione dei chips RENA e degli ADC. A solo titolo di esempio, per arrivare ad una risoluzione intrinseca nominale dì circa 1 mm, l'area da 3 pollici x 3 pollici dovrebbe avere 5776 elementi di CdZnTe, quindi oltre 160 chips RENA ed oltre 40 ADC. Il tutto porterebbe ad un'altezza del rivelatore di oltre 80 cm, chiaramente improponibile come soluzione tecnica. Inoltre il consumo in termini dì assorbimento (65 W) sarebbe estremamente elevato per un dispositivo di piccolo campo.

Parimenti, il tentativo di migliorare la maneggevolezza in questo tipo di rivelatore, che richiederebbe quindi di ridurre pesi e dimensioni del rivelatore, non può che portare alla riduzione dell'elettronica installata e quindi alla diminuzione del numero di elementi di rivelazione in CdZnTe. Ciò, a parità di area complessiva di rivelazione, penalizza in modo consistente la risoluzione spaziale ottenibile.

Ne deriva che, a partire dal rivelatore descritto in US2011/0208049, ogni tentativo di migliorare la maneggevolezza del rivelatore condurrebbe ad un consistente peggioramento della risoluzione spaziale mentre, viceversa, ogni tentativo di migliorare la risoluzione spaziale del rivelatore condurrebbe ad un consistente peggioramento della maneggevolezza.

In altre parole, gli insegnamenti di US2011/0208049 portano a rendere le caratteristiche di ingombro e consumo, elementi basilari per realizzare un dispositivo compatto e maneggevole, fortemente dipendenti dalle reali dimensioni di risoluzione spaziale ottenibili. Per arrivare a valori di risoluzione accettabili, tale tecnologia impone l'uso di particolari schede elettroniche che sono necessariamente voluminose in relazione alle prestazioni richieste ed il cui consumo complessivo incide fortemente anche sul peso finale (aumento del numero di batterie, peso complessivo del sistema). E' evidente che un dispositivo il cui volume aumenta in virtù della lunghezza necessaria al raggiungimento della risoluzione ottimale non rappresenta una soluzione al problema posto di realizzare un dispositivo veramente maneggevole, compatto e di basso peso.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello dì mettere a disposizione una gamma camera portatile presentante un'ottima risoluzione spaziale ed, al contempo, spiccatamente miniaturizzabile (in particolare avente peso contenuto ed ingombri contenuti, quindi avente elevata maneggevolezza) .

Lo scopo è pienamente raggiunto dalla gamma camera portatile secondo la presente invenzione, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo il suddetto scopo, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 illustra una vista prospettica di una gamma camera portatile secondo la presente invenzione; - le figure 1A-1C rappresentano tre viste ortogonali della gamma camera di figura 1;

- le figure 2 e 3 rappresentano due differenti viste in esploso della gamma camera di figura 1;

- le figure 4 e 5 mostrano la gamma camera di figura 1 in due configurazione operative di utilizzo.

Le figure 1, 1A-1C e 2-3 mostrano l'architettura costruttiva della gamma camera 1 secondo la presente invenzione .

In particolare, la gamma camera 1 comprende un corpo di contenimento 2, di forma scatolare e maneggiabile da un utilizzatore, il quale alloggia al suo interno una struttura di rivelazione 3 (visìbile nelle figure 2 e 3) preposta a ricevere una radiazione, in particolare una radiazione di tipo gamma.

Con il termine "maneggiabile" si intende un corpo di contenimento 2 avente una configurazione (forma, dimensioni) tale da essere facilmente manovrato manualmente da un operatore. Per esempio, in una forma realizzativa preferita il corpo di contenimento 2 presenta una forma sostanzialmente parallelepipeda ed avente ingombri analoghi ad una fotocamera compatta, per esempio 12 cm x 10 cm x 3 cm (senza collimatore).

Preferibilmente, il corpo di contenimento 2 è rivestito con un mantello schermante, realizzato per esempio in piombo (Pb) tungsteno (W), tantalio, ecc.

Con riferimento alla struttura di rivelazione 3, essa è vantaggiosamente del tipo a scintillazione. In una forma realizzativa essa comprende una matrice di cristalli di scintillazione in grado di convertire fotoni di energia compresa tra 20keV e 1 MeV (per esempio CsI(Tl), Nal(Tl), LaBr3(Ce),ClBr3(Ce)). In una differente forma realizzativa, la struttura di rivelazione 3 comprende un unico cristallo planare realizzato nel medesimo materiale sopra menzionato.

Sul corpo di contenimento 2 è disposto un collimatore 4 realizzato in un materiale ad elevato numero atomico (per esempio Piombo, tungsteno, tantalio), associato alla struttura di rivelazione 3 per assorbire una radiazione laterale diretta verso la struttura di rivelazione 3 ed avente angolo di incidenza superiore ad un predeterminato valore. Il collimatore 4 può essere fisso o intercambiabile con un collimatore di differente lunghezza.

Dal punto di vista strutturale, il collimatore 4 è di tipo sostanzialmente noto e definito da una matrice di canali paralleli suddivisi da setti di separazione. Preferibilmente, il collimatore 4 presenta lunghezza compresa tra 12 mm e 52 mm.

Sul corpo di contenimento 2, ed in particolare su un lato contrapposto al collimatore 4, è disposto un display 5 per la visualizzazione di immagini rappresentative della distribuzione di radiazione incidente sulla struttura di rivelazione 3 e quindi, nel caso di diagnostica medica, rappresentativa dello stato morfologico-funzionale di un organo o parte di un paziente o di una patologia tumorale.

In tale configurazione, quindi, il corpo di contenimento 2 (che è preferibilmente composto da due semigusci come mostrato in figura 3) e si estende tra il collimatore 4 ed il display 5.

All'interno del corpo di contenimento 2 trova inoltre alloggiamento un'elettronica di gestione 6, interposta tra la struttura di rivelazione 3 ed il display 5 per generare sul display 5 immagini rappresentative della radiazione intercettata dalla struttura di rivelazione 3.

Vantaggiosamente, l'elettronica di gestione 6 comprende uno o più convertitori opto-elettronici 7 alimentati a bassa tensione (vale a dire con tensione inferiore a 100 V ) aventi struttura singola, oppure a matrice composta da un insieme di singoli elementi, aventi la caratteristica di leggere la carica che su di essi arriva e di conseguenza avere la possibilità di essere disposti in maniera analoga ad una superficie di anodi a passo regolare ed in grado, tramite elettronica opportuna, di generare segnali elettrici proporzionali alla intensità dei fotoni interagenti.

Nella figura 3 è mostrata una forma realizzativa del convertitore opto-elettronico 7 comprendente una singola scheda presentante una matrice di elementi optoelettronici 7 di conversione.

Preferibilmente, i convertitori opto-elettronici 7 sono selezionati dal gruppo comprendente APD, SiPM e/o MPPC. L'elettronica di gestione 6 comprende, in sequenza:

Una prima scheda 8 relativa ai convertitori optoelettronici 7, comprendente un sistema elettronico atto ad eseguire una lettura, amplificazione ed integrazione dei segnali generati dai convertitori opto-elettronici, ed una rete resistiva connessa al summenzionato sistema elettronico di lettura, amplificazione ed integrazione, in grado di determinare il baricentro dì carica e l'energia associata alla radiazione che investe la struttura di scintillazione 3;

- una seconda scheda 9 relativa al sistema di conversione analogico/digitale e campionamento dei segnali tramite dispositivi PIC (acronimo di Programmable Integrated Circuit oppure Programmable Interface Controller) dotati di convertitori ADC/DAC, preposto a ricevere dalla rete resistiva un segnale identificativo del baricentro di carica e dell'energia associata alla radiazione che investe la struttura di scintillazione 3 e preposto inoltre ad integrare tale segnale per determinarne l'ampiezza ed a generare un rispettivo segnale di uscita (preferibilmente il sistema di conversione analogico/ digitale comprende una scheda ADC miniaturizzata a più canali in grado di campionare i segnali per fornire la posizione e l'energia dell'evento di scintillazione) ;

- un sistema a micro-controllore 10 di tipo PIC o ARM (precedentemente Advanced RISC Machine, prima ancora Acorn RISC Machine), collegato al sistema di conversione e campionamento per ricevere il citato segnale di uscita e convertirlo in un'immagine visualizzabile sul display 5.

In una forma realizzativa non illustrata, la prima scheda 8 è integrata con il convertitore optoelettronico 7.

Preferibilmente, il sistema a micro-controllore 10 è direttamente integrato sul display 5.

In maggior dettaglio, l'architettura ARM ìndica una famiglia di microprocessori RISC a 32-bit utilizzata in una moltitudine di sistemi "embedded" grazie alle sue caratteristiche di basso consumo (rapportato alle prestazioni) idonee dove il risparmio energetico delle batterie è fondamentale.

Inoltre, il sistema a microcontrollore è preposto ad elaborare i dati scaricati su una memoria ausiliaria e in modo tale che i dati possano essere trattati da idoneo software per arrivare ad una visualizzazione sul display 5 di immagini in una scala di falsi colori in grado di essere interpretate dagli utilizzatori.

Alternativamente, al posto del summenzionato microcontrollore PIC/ARM per la gestione del processo di elaborazione dei dati può essere previsto un apposito sistema di controllo integrato nel display il quale quindi risulta in grado di elaborare con proprio sistema operativo un numero elevato di eventi (preferibilmente superiore a 100k/secondo) .

In una forma realizzativa illustrata in figura 2, la struttura di scintillazione 3 ed il convertitore optoelettronico 7 sono racchiusi, insieme alle summenzionate prima ed alla seconda scheda 8, 9, all'interno di un involucro 11 realizzato in un materiale ad elevato numero atomico (per esempio Pb) atto a contenere la diffusione di radiazioni gamma, in particolare verso il display 5 a protezione del display 5 stesso.

L'involucro 11 è frontalmente aperto, verso il collimatore 4, per non interferire con l'incidenza della radiazione gamma proveniente dall'esterno e diretta verso la matrice di scintillazione 3.

In una differente forma realizzativa (non illustrata) , 1'involucro 11 racchiude la struttura di scintillazione 3 ed il convertitore opto-elettronico 7 ma non le summenzionate prima e seconda scheda 8, 9.

All'interno del corpo di contenimento 2 trova infine alloggiamento una batterìa ricaricabile in grado di alimentare tutte le componenti elettroniche, il display 5 ed il microprocessore per garantire una durata adeguata, per esempio, all'utilizzo clinico.

In una differente forma realizzativa, l'alimentazione della gamma camera 1 avviene mediante collegamento alla rete elettrica mediante cavo. In tale soluzione la batteria potrebbe essere omessa.

In altre parole, quindi, l'elettronica di gestione 6, la batteria ricaricabile (ove prevista) e la struttura di scintillazione 3 sono interamente contenute nel corpo di contenimento 2.

L'utilizzo della summenzionata elettronica di gestione 6 consente pertanto di ottenere un livello molto basso dell'assorbimento energetico globale, portandolo a valori inferiori ad 1 W.

Inoltre, l'elevato grado di miniaturizzazione dei componenti costituenti l'elettronica di gestione 6 e la ridotta dimensione della batteria, ottimizzata per bassissimi assorbimenti di energia, consentono una spiccata riduzione delle dimensioni del corpo di contenimento 2, pur mantenendo un'elevata area dì rivelazione.

In particolare, il corpo di contenimento 2 presenta un rapporto tra area di rivelazione (vale a dire l'area attiva della struttura di rivelazione 3) e volume maggiore di 0.10 e preferibilmente maggiore di 0.20. Tale valore può ragionevolmente essere contenuto nell'intervallo 0.10 - 0.50.

In un esempio realizzativo, la struttura di scintillazione 3 presenta un'area di rivelazione di circa 8 cm x 8 cm (64 cm2) mentre il corpo di contenimento 2 presenta un ingombro esterno interamente inscrivibile in un parallelepipedo avente dimensioni di circa 10 cm x 10 cm x 3 cm (volume di circa 300 cm<3>), con un rapporto tra area di rivelazione e volume di circa 0.21.

La summenzionata miniaturizzazione consente anche un contenimento del peso, che risulta vantaggiosamente inferiore a 1.5 Kg.

Vantaggiosamente, tali dimensioni e tale volume sono indipendenti dal numero di pixel (cristalli della matrice di scintillazione) utilizzati, dal momento che, a differenza delle soluzioni a semiconduttore della tecnica nota, l'architettura della gamma camera 1 secondo la presente invenzione utilizza un'elettronica che non richiede di essere potenziata laddove si volesse aumentare il numero di pixel (per esempio riducendone le dimensioni per aumentare la risoluzione).

In particolare, l'elettronica di gestione 6 utilizza un sistema di conversione analogico/digitale per il campionamento dei segnali che impiega sempre quattro canali indipendentemente dal numero di pixel utilizzati. Risulta evidente che ciò consente, quindi, un aumento della risoluzione spaziale senza penalizzazione di ingombri e maneggevolezza.

In accordo con un aspetto vantaggioso dell'invenzione, il display 5 presenta un'area di visualizzazione avente dimensioni coincidenti con l'area di rivelazione della struttura di scintillazione 3, vale a dire in rapporto 1:1.

Preferibilmente, l'area di visualizzazione del display 5 presenta lati di lunghezza diversa e preferibilmente in rapporto 16:9 o 4:3.

La possibilità di visualizzare l'immagine con un rapporto 1:1 tra l'area del display 5 e l'area di rivelazione assume un' importanza legata ad una migliore identificazione e comprensione delle patologie direttamente osservandole durante l'acquisizione e senza alcun fattore di riduzione di scala.

Le figure 4 e 5 mostrano, infatti, due situazioni di utilizzo diagnostico della gamma camera 1 in cui, rispettivamente, viene analizzato il cuore e la tiroide di un paziente.

Inoltre, l'impiego di soluzioni rappresentative con rapporto 16:9 oppure 4:3 tra i lati del rivelatore consente una specifica ottimizzazione progettuale legata all'uso di componenti standard e largamente diffusi (schermi LCD o simili) per l'analisi di organi che, in genere, presentano una forma allungata o che entrano meglio nel campo di vista di un rivelatore con tali proporzioni dimensionali. Se ad esempio si utilizzasse un rapporto 16:9 con la dimensione del lato maggiore di 40 cm, il lato minore dell'area del rivelatore sarebbe di 22 cm. Con un rivelatore del genere è possibile indagare la maggior parte degli organi e rendere meno ingombranti le apparecchiature dal momento che, per la medesima indagine diagnostica, un rivelatore di dimensioni quadrate presenterebbe una larga porzione di area di rivelazione non sfruttata. Se ad esempio si prende in considerazione il rene, di forma allungata, è possibile eseguire l'analisi scintigrafica adattando il lato più lungo del rivelatore nella direzione dell'asse maggiore dell'organo, stabilendo in tal modo un utilizzo a contatto con il paziente avendo un minore ingombro complessivo dell'intera apparecchiatura. In genere tutti gli organi presentano una forma ad ellissoide (cranio, rene, cuore tiroide, ecc. ) aventi quindi due assi di lunghezza differente.

La presente invenzione raggiunge gli scopi proposti, superando gli inconvenienti lamentati nella tecnica nota .

In particolare, l'adozione di un sistema di rivelazione a scintillazione consente l'adozione di un'elettronica di gestione a basso assorbimento e spiccatamente miniaturizzabile in grado di poter essere inserita in un contenitore unico senza utilizzare cavi di collegamento con apparecchiature di output esterne, ma al contrario facendo confluire l'intero blocco di funzionamento in un unico corpo macchina, dotato di display posizionato dietro il rivelatore, in modo da garantire una corretta visualizzazione delle informazioni prodotte.

L'elettronica impiegata è inoltre in grado, in associazione con la rete resistiva utilizzata, di impiegare sempre quattro canali di campionamento segnali indipendentemente dal numero di pixel utilizzati, e ciò rende possibile aumentare la risoluzione spaziale senza penalizzare gli ingombri e la maneggevolezza.

Inoltre, l'assorbimento dei sistemi di calcolo può essere ridotta impiegando opportuni sistemi di elaborazione di ridotta potenza di calcolo grazie alla particolare logica di funzionamento dell'elettronica utilizzata che non richiede un sensibile incremento della potenza di calcolo all'aumentare della risoluzione spaziale desiderata o dell'area di rivelazione.

La struttura risultante della gamma camera secondo l'invenzione è quindi compatta e maneggevole.

In particolare, il requisito della compattezza è soddisfatto dal rapporto tra area di rivelazione e volume del corpo di contenimento, superiore a 0.10 e fino a 0.50 ed oltre. Il requisito della maneggevolezza è invece soddisfatto dalle dimensioni e dal peso contenuti, che rendono la gamma camera manovrabile manualmente dall'operatore senza necessità di appoggi ausiliari e senza esercizio di particolari sforzi fisici .

Ciò rende la gamma camera secondo l'invenzione adatta alla localizzazione di patologie in sala operatoria e su indagini diagnostiche di piccoli organi, nonché nell'analisi scintigraf ica di organi di piccoli animali, al fine di sperimentare nuovi anticorpi radio-marcati, specifici per determinate patologie. Inoltre la sua applicazione può essere prevista nei settori della sicurezza (aeroporti) o di diagnosi industriale. L'uso principale della gamma camera riguarda comunque la localizzazione di lesioni tumorali, specie in quelle tecniche che necessitano di una precisione spaziale adeguata come le biopsie (prostata e mammella) o negli interventi chirurgici radio-guidati o radioimmunoguidati o come sistema di monitoraggio in tecniche di terapia radio-metabolica, chirurgia radio-guidata e terapia radiante.

Tale tale gamma camera può trovare efficace applicazione in molte tecniche diagnostiche dove la rapida visualizzazione dei particolari diagnostici e la loro relativa posizione rispetto alla immagine prodotta, consentono all' utilizzatore una ricchezza di particolari utili nel prosieguo della metodologia clinica. Ad esempio, la localizzazione di noduli tiroidei, delle patologie legate alle infiammazioni ossee (piede diabetico) , il linfonodo sentinella, tutte tecniche che rapidamente possono essere localizzate con un dispositivo direttamente posizionato sulla cute del

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Gamma camera portatile, comprendente: - un corpo di contenimento (2); una struttura di rivelazione (3) alloggiata entro detto corpo di contenimento (2) e preposta a ricevere una radiazione; un collimatore (4) realizzato in un materiale ad elevato numero atomico, associato alla struttura di rivelazione (3) per assorbire una radiazione laterale diretta verso la struttura di rivelazione (3) ed avente angolo di incidenza superiore ad un predeterminato valore; un display (5), disposto su detto corpo di contenimento (2); - un'elettronica di gestione (6), attiva tra la struttura di rivelazione (3) ed il display (5) per generare sul display (5) immagini rappresentative della radiazione intercettata dalla struttura di rivelazione (3); caratterizzata dal fatto che detta struttura di rivelazione (3) comprende una struttura di scintillazione .
2. Gamma camera secondo la rivendicazione 1, in cui detta elettronica di gestione (6) comprende almeno un convertitore opto-elettronico (7) selezionato dal gruppo comprendente APD, SiPM e/o MPPC.
3. Gamma camera secondo la rivendicazione 2, in cui detta elettronica di gestione (6) comprende inoltre: un sistema elettronico preposta alla lettura, amplificazione ed integrazione di segnali uscenti da detti convertitori opto-elettronici; una rete resistiva connessa a detto sistema elettronico ed in grado di determinare il baricentro di carica e l'energia associata alla radiazione che investe la struttura di scintillazione; un sistema di conversione analogico/digitale e campionamento dei segnali tramite dispositivi PIC dotati di ADC/DAC, detto sistema di conversione e campionamento essendo preposto a ricevere da detta rete resistiva un segnale identificativo di detto baricentro di carica e detta energia associata alla radiazione che investe la struttura di scintillazione ed essendo preposto ad integrare detto segnale per determinarne l'ampiezza ed a generare un rispettivo segnale di uscita; - un sistema a micro-controllore di tipo PIC o ARM, collegato a detto sistema di conversione e campionamento per ricevere detto segnale di uscita e convertirlo in un'immagine visualizzabile su detto display.
4. Gamma camera secondo la rivendicazione 3, in cui detto sistema elettronico preposto alla lettura, amplificazione ed integrazione, detta rete resistiva, detto sistema di conversione analogico/digitale e detto sistema a microcontrollore sono disposti sequenzialmente tra il convertitore opto-elettronico (7) ed il display (5).
5. Gamma camera secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto display (5) presenta un'area di visualizzazione avente dimensioni coincidenti con un'area di rivelazione di detta struttura di scintillazione.
6. Gamma camera secondo la rivendicazione 5, in cui detta area di visualizzazione presenta lati di lunghezza diversa e preferibilmente in rapporto 16:9 o 4:3.
7 . Gamma camera secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo di contenimento (2) comprende due semigusci e si estende tra il collimatore (4) ed il display (5) e contiene interamente detta elettronica di gestione (6).
8. Gamma camera secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo di contenimento (2) presenta un rapporto tra superficie dì rivelazione e volume maggiore di 0.10 e preferibilmente maggiore di 0.20.
9. Gamma camera secondo la rivendicazione 8, in cui detta struttura di scintillazione presenta un' area di rivelazione non inferiore a 10 cm2.
10. Gamma camera secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo di contenimento (2) è almeno parzialmente realizzato, preferibilmente rivestito, con un materiale schermante verso radiazioni gamma .
11. Gamma camera secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta struttura di scintillazione comprende una matrice di cristalli di scintillazione in grado di convertire fotoni di energia compresa tra 20keV e 1 MeV.