WO2020089501A1 - Dispositivo para la detección de rayos gamma con tabiques activos - Google Patents

Dispositivo para la detección de rayos gamma con tabiques activos Download PDF

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WO2020089501A1
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Víctor ILISIE
José María BENLLOCH BAVIERA
Filomeno SÁNCHEZ MARTÍNEZ
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Universitat Politècnica De Valéncia
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Definitions

  • the present invention is within the field of gamma ray imaging. More specifically, the invention relates to the design of gamma radiation detection devices to obtain information from it, such as medical nuclear imaging devices, such as gamma cameras or single-photon emission computed tomography (SPECT) equipment. , from English “single photon emission computed tomography”), among others.
  • medical nuclear imaging devices such as gamma cameras or single-photon emission computed tomography (SPECT) equipment.
  • SPECT single-photon emission computed tomography
  • gamma camera device injects a patient with radioactive contrast, such as 99m Tc, which decays by emitting a 140 keV energy photon (gamma ray), according to the following process:
  • This high-energy photon passes through a collimator, preferably made of a dense, highly impenetrable material for gamma rays in this energy range, typically consisting of lead (Pb) or tungsten (W) before reaching a detector sensitive to the radiation.
  • a collimator preferably made of a dense, highly impenetrable material for gamma rays in this energy range, typically consisting of lead (Pb) or tungsten (W) before reaching a detector sensitive to the radiation.
  • Pb lead
  • W tungsten
  • Radiation-sensitive detectors in this type of camera are typically made of a dense, gamma-sensitive material, typically a scintillating glass block of Nal or the like.
  • the gamma ray is absorbed by a nucleus or electron of the material, whose energy is re-emitted in the form of a quantity of the order of thousands of optical photons, which are detected by a photodetector. This process is schematically shown in Figure 2 of this document.
  • a common problem with gamma cameras is their reduced sensitivity. This is because only the gamma rays that are emitted parallel to the collimators (in the case of the parallel collimator, Figure 1, left) or within a certain angular region (for the hole collimator, Figure 1, right) are the that effectively reach the detector.
  • the number of holes and / or the angular aperture of each one must necessarily be increased. orifice.
  • the LORs are built by joining the point of impact of the gamma ray on the detector, with the corresponding hole (through which it has previously passed). At this point, when you are unable to identify the correct hole in the overlap region and all combinations of possible gamma ray paths have to be made, this results in considering incorrect LORs for image reconstruction. This therefore introduces noise into the final reconstructed image, as well as possible spurious images, commonly referred to as artifacts (see, for example, in references [1], [2], [3] cited at the end of this section) .
  • the present invention proposes a novel device for the detection of gamma rays, based on a new concept of active partitions that not only prevent the appearance of overlap during imaging, It also has a complete FOV and is applicable to various techniques with a completely general character.
  • the device proposed by the present invention eliminates the problem of overlapping / multiplexing, without producing the unwanted effect of truncation and without generating artifacts in the images obtained, maintaining also the property of high sensitivity in a multi-hole collimator (or "multi-pinhole”), which translates into a high resolution image for an arbitrarily large FOV.
  • the invention maintains all the advantages of multi-hole collimators, but also adding a new element that is sensitive to gamma radiation, which is a detector element (radiation sensitive material) that acts as a collimator / partition and that prevents gamma rays from reaching overlapping regions.
  • Said collimator will be designated as "active septum", because in addition to preventing overlapping regions, it also acts as a detector and, therefore, can measure the impact coordinates of the incident photons. In this way, all the information necessary for the reconstruction of the images is recovered, with a high resolution in FOV. Therefore, in the device of the invention, there is only a virtual superposition, which allows unambiguously identifying through which hole any gamma ray passes before it is detected.
  • the active partitions are preferably provided with their own photodetectors and the corresponding reading electronics.
  • the collimator side walls do not comprise or photodetectors or reading electronics, and where the detectors are located only in their base region (as in other multi-hole collimators).
  • the collimators are equipped with optical reflective surfaces on the side walls, in order to avoid the loss of the optical photons and to guide them towards the sensitive regions of the detector.
  • the gamma ray incidence cones represent the allowed regions where the gamma rays can penetrate due to the opening of the device hole.
  • the detection cells formed by the spaces that house each incidence cone can be repeated as many times as necessary, in order to obtain the desired characteristics of the gamma camera device, for example obtaining a certain FOV size.
  • the angles of inclination and the openings of the holes can vary from one cell to another, to obtain the desired resolution of the device.
  • the external exterior faces of the entire device are preferably protected by an active or passive gamma radiation absorbing material, to avoid background noise from areas outside the field of view of interest.
  • the object of the invention is an imaging device and system comprising said device, according to any of the claims proposed in the present patent application.
  • Interaction cloud accumulation of any type of particle interactions (photoelectric, Compton, Bremsstrahlung, Cherenkov, etc.) that has at least one measurable magnitude, such as deposited energy, instantaneous time, electric charge, etc.
  • This "interaction cloud” is made up of one or more interactions that are Close enough, spatially and / or temporally, that they are experimentally indistinguishable.
  • Spatial information any type of data that is a function of N (N £ 3) spatial dimensions, whether discrete or continuous, for example, the energy deposited at a point with 3D coordinates (x, y, z).
  • Sensitive material any physical material that interacts with radiation, producing at least one measurable physical quantity.
  • Spatial information can be obtained, for example, by processing the energy deposition distribution and / or the time stamp distribution and / or the electrical charge distribution, etc.
  • a detector may consist of one or more sensitive materials, one or more acquisition devices (to be defined below), and reading electronics that extract the signals from said detector. For example, in a scintillation detector, by using a scintillating crystal the distribution of the scintillation photons can be recorded by the detector, as well as its time stamp. This provides spatial and temporal information, as well as information on the total energy deposited and how they have been distributed.
  • Detectors can be any shape and size possible.
  • the detector reading can be drawn from one or more regions of the detector.
  • the reading can be done from one or more flat surfaces (faces) of the detector. For example, in a scintillation detector with a rectangular shape, you can extract signals from one or more, up to six of its faces. The use of scintillation crystals or other curved, non-rectangular sensitive materials would also be possible, in which case the reading would be conveniently adapted.
  • light reflective surface and “optical reflective surface” will be used synonymously, and interpreted as any surface on which a substantial portion of the photons that impact it are reflected.
  • timestamp refers to the time information recorded in any part of an acquisition device, corresponding to a detection event.
  • - active partition it is an independent detector or a module composed of radiation-sensitive material, which is coupled to another detector (with the possibility of extracting the coordinates and / or the energy and / or time stamp information of an event) and that it may have some of its surfaces covered with Pb or W or any other material arranged to prevent an incident gamma ray from reaching an overlapping region of a multi-hole gamma camera. Some faces can also be light-reflecting surfaces, to prevent the loss of scintillated optical photons.
  • Event it is defined as the total number of interactions that a single incident gamma ray and its secondary particles produce, until its initial energy is totally or substantially lost (it is deposited, it is absorbed, etc.).
  • - Acquisition device refers to a device used to extract one or more quantities processed by a detector, said device comprising one or more sensitive materials.
  • the acquisition device may be constituted by a photodetector made of photosensors that extract information from the scintillation photons produced in a crystal.
  • Gamma camera module refers to a set of detectors and / or active partitions, which may or may not be independent, with an identical structure or not, together with a hole collimator, that work together to create a unique detector that can be use as a single hole gamma camera device.
  • - Gamma camera device refers to a set of gamma camera modules that can be independent or not, with an identical structure or not, that work together to create a single gamma camera detector with higher sensitivity and / or resolution and / or FOV than an independent module gamma camera.
  • the multi-hole collimator can be continuous (made of a single piece of material, not the attached modules), thus providing greater simplicity to the device.
  • - Detection system refers to a set of gamma camera modules and / or a set of gamma camera devices that can be independent or not, with identical or not, that can work together or not, and that together collect useful information for the reconstruction of the image of the object / subject / patient analyzed.
  • Figure 1 schematically shows the operation of the two typical state-of-the-art gamma camera devices, with parallel hole collimators (left) and with hole collimator (right).
  • Figure 2 shows a known gamma ray detector module, made up of a sensitive material such as a scintillation block (which produces optical photons as a consequence of the interaction of a gamma ray with the material), a photodetector (sensitive to optical photons). ) and reading electronics (responsible for processing the electronic signals of the photodetector).
  • a sensitive material such as a scintillation block (which produces optical photons as a consequence of the interaction of a gamma ray with the material), a photodetector (sensitive to optical photons). ) and reading electronics (responsible for processing the electronic signals of the photodetector).
  • Figure 3a shows the problem of multiplexing in a multi-hole collimator. Incident gamma rays from the radiant source pass through the holes before reaching the detector. Depending on the geometry, aperture and inclination of the holes, overlapping regions may occur in the detector, preventing unambiguous identification of the hole through which a shocking gamma ray has previously passed.
  • Figure 3b shows a two-dimensional cross section of the overlap problem shown in Figure 3a.
  • Figure 4 describes in two dimensions the concept of "active partition" of the invention.
  • said active partition comprises an additional detector element, which is advantageously placed in the detection space, to prevent gamma rays from reaching the overlapping area of the adjacent cell.
  • this element in addition to blocking the rays, it is also a detector, all the necessary information (impact coordinates and corresponding pinhole) can be recovered thanks to the use of photodetectors and corresponding signal reading electronics.
  • Figure 5 shows a perspective view of a possible embodiment of the device of the invention equipped with four active partitions, a horizontal detector and a hole collimator.
  • the main detector also has photodetector equipment and attached electronics.
  • Active partitions may or may not have photodetectors and reading electronics.
  • the incidence cone schematically shows the area where incident gamma rays can penetrate, due to the geometry and configuration of the collimator hole.
  • Figure 6 describes in two dimensions a variation of the device with active partitions of the invention.
  • the active partitions only have photodetectors and reading and electronics connected directly to the upper part of one of the sides, said detector being able to be absent or replaced by a reflective surface. They are also coupled to a horizontal main detector.
  • all its faces except the one attached to the main detector and the one attached to the side detector) should have reflective elements, to avoid optical photons from escaping from the detection cell. Analyzing the impact pattern of said optical photons, it is possible to distinguish whether the interaction has taken place in the main detector or in the active septum, without losing impact information on any of the photons in the incidence cone.
  • Figures 7a-7b schematically describe a variation of the previous figure.
  • the active partitions have photodetectors and reading electronics attached directly to two of their faces (top and bottom). Furthermore, said active partitions are separated from the main (horizontal) detector. The active partitions can also be tilted a certain angle with respect to the upper collimation element or with respect to the main detector.
  • Figure 8 describes in two dimensions another possible configuration of the active partitions in the device of the invention.
  • the active partitions are tilted and the horizontal main detector is not necessary.
  • the information retrieved and the operation of the device are equivalent to that of the previous configurations.
  • Figure 9 shows a possible second version of the device of the invention, composed of four active partitions and a hole collimator, where the active partitions are oriented at an angle.
  • the main detector in this configuration is not necessary, and the active partitions must have photodetectors and attached reading electronics.
  • the incidence cone in the figure schematically shows the area where rays can penetrate the detection space of the device, due to the geometry and configuration of the hole collimator.
  • Figure 10 shows a possible gamma-ray outer shielding casing in a detection system according to the invention, which may be composed of Pb, W or the like, in order to avoid background noise from areas outside the field of vision of interest.
  • the present invention relates to a device with a multi-aperture collimator ("multi-pinhole”) for the detection of high sensitivity and resolution gamma rays, with an arbitrarily large FOV, characterized by the fact that it eliminates the superposition, without loss of information.
  • multi-aperture collimator multi-pinhole
  • the device's detector is capable of obtaining the gamma ray impact coordinates and unequivocally assigning the hole through which said gamma ray has previously passed.
  • the coordinates of the impact of the gamma rays on the detector of the device can be obtained by means of standard methods such as, for example, by distributing the number of optical photons produced by a scintillating crystal, the distribution of the electrical charge produced by a semiconductor detector, Cherenkov radiation detection, etc.
  • DOI depth of interaction
  • the device of the invention allows to detect gamma rays (1) from a radiation source (2), where said device comprises at least two contiguous detection cells (3) , and where each of said detection cells (3) comprises:
  • a collimation element (4) comprising a hole (5) through which gamma rays (1) from the source (2) can penetrate, defining an incidence cone (6);
  • detection space (7) adapted to receive the gamma rays (1) that penetrate through the hole (5), where said detection space (7) comprises one or more detection sets (8, 8 '), equipped with at least one material (9) sensitive to gamma radiation and at least one photodetector (10) connected to electronic means for reading and processing the signals from said photodetector (10).
  • the detection assemblies (8 ') of the device of the invention are advantageously arranged, inside the space of detection (7), so that they interfere with the gamma-ray paths (1) whose projection is incident on the volume of superposition (11) inside said detection space.
  • the device could also optionally contain an additional blocking surface (12), made of Pb, W or the like, which prevents the passage of gamma rays (1) to the overlay volume (11). With this, it is possible to block any path of superposition of the gamma rays (1), but at the same time being able to measure the contribution of all of them in the absence of image truncation.
  • the photodetectors are arranged on the separating surface of the detection cells (3) that are in contact with the detection sets (8) of adjacent cells (3) .
  • the walls of the detection cells (3) and / or the detection assemblies (8, 8 ') comprise one or more reflective elements (13) to guide the gamma ray paths (1).
  • This embodiment is shown schematically in Figure 6, where it can be seen how said reflective elements (13) allow guiding the paths to the device's photodetectors (10), thus fulfilling the dual function of eliminating any superposition scenario of gamma rays (1), but without producing any truncation of the images obtained.
  • the separation partition and / or the detection assemblies (8, 8 ') are arranged perpendicular or oblique with respect to the plane defined by the collimation element (4), where in addition said partition can be located at different distances (d, d ') and at arbitrary angles (Q) with respect to said element (4). This situation is schematically illustrated in Figures 7a-7b of this document.
  • At least one of the detection cells (3) comprises at least two detection sets (8, 8 ') arranged with their planes at an angle to each other, so that the space subtended by said detection sets (8, 8 ') covers the entire gamma ray incidence cone (6) (1).
  • the gamma-ray absorption surfaces of the collimators of one or more holes (5) comprise dense materials of adequate thickness, so that they are capable of stopping said gamma rays in the energy range of interest, such as Pb or W.
  • the geometry and opening configuration of each hole (5) can have any shape, inclination and radius.
  • the sensitive material 9 of the detection device can be any material that produces a measurable physical magnitude when radiation interacts with said material. Some examples are scintillating, monolithic or pixelated crystals, semiconductors such as Si, Ge, CdTe, GaAs, Pbl2, Hgl2, CZT, etc.
  • the sensitive materials (9) can be encapsulated or exposed, coupled to an optical reflective surface and / or use any known technique to improve the quality of the collected data.
  • the reflective optical surfaces (13) can be polished or rough, specular, diffuse, retro-reflective or mixed.
  • one or more detection assemblies (8, 8) ' may comprise an optically painted surface.
  • each detector device can be adjacent to another that forms a certain set, said set being able to organize itself with respect to another, for example forming a closed or open structure.
  • the components of a detector system can be identical or different, depending on their specific design conditions.
  • a device detection set (8, 8 ’) can be arbitrary in shape, and can measure any physical magnitude that provides spatial and / or temporal information of at least one interaction cloud of one or more sensitive materials. Examples of such detection elements are solid state detectors, scintillation detectors, etc.
  • solid state detectors are semiconductors such as Si, Ge, CdTe, GaAs, Pbl 2 , Hgh, CZT, or HgCdTe (also known as CTM).
  • Cherenkov radiators such as PbF 2 , NaBi (W0 4 ) 2 , PbW04, MgF 2 , CeFi 4 , C 4 F 10 or silica airgel.
  • Scintillating elements can also be used, such as organic or inorganic crystal scintillators, liquid scintillators or gaseous scintillators. Scintillators can produce a detection signal that is due to both scintillation and Cherenkov radiation processes.
  • Organic crystal scintillators can be, for example, anthracene, stilbene, naphthalene, liquid scintillators (for example, organic liquids such as p-terphenyl (C18H 14), 2- (4-biphenyl) -5-phenyl-1, 3, 4-oxadiazole PBD (C20H 14N20), butyl PBD (C24H22N20), PPO (C15H 1 1 NO), dissolved in solvents such as toluene, xylene, benzene, phenylcyclohexane, triethylbenzene, or decalin), gas scintillators (such as nitrogen, helium, argon, krypton, xenon), inorganic crystal scintillators, or combinations of any of them.
  • liquid scintillators for example, organic liquids such as p-terphenyl (C18H 14), 2- (4-biphenyl) -5-phenyl-1,
  • Commonly known inorganic scintillation crystals can be, for example, cesium iodide (Csl), thallium doped cesium iodide (Csl (TI)), bismuth sprout (BGO), thallium doped iodide (Nal (TI )), io fluoride (BaF2), europium doped calcium fluoride (CaF2 (Eu)), cadmium tungstate (CdWCL), cerium doped lanthanum chloride (LaCb (Ce)), cerium doped yttria luteium silicates (LuYSiOs (Ce) (YAG (Ce)), silver doped zinc sulfide (ZnS (Ag)), or cerium (III) doped yttrium aluminum granite Y3AI5O12 (Ce) or LYSO. Additional examples are CsF, KI (TI ), CaF 2 (Eu), Gd 2 Si0 5 [C
  • scintillators according to the present invention can be monolithic crystals or pixelated crystals, or any combination thereof.
  • scintillation will be a single crystal (monolithic block), since pixelated crystals introduce more dead space areas into the gamma ray detector, thus providing less sensitivity to the detector device compared to single crystals.
  • the detection device (of the scintillating photons) can be formed, for example, by photosensors.
  • the photosensors can be silicon photomultiplier arrays (SiPM), single photon avalanche diodes (SPAD), digital SiPMs, avalanche photodiodes, photomultipliers, photomultipliers, phototransistors, photodiodes, photo-ICs or combinations thereof .
  • SiPM silicon photomultiplier arrays
  • SPAD single photon avalanche diodes
  • digital SiPMs avalanche photodiodes
  • photomultipliers photomultipliers
  • phototransistors photodiodes, photo-ICs or combinations thereof .
  • a detector element is not large enough to cover a desired surface, it is possible to arrange two or more detectors in a matrix and combine their readings to obtain a larger data matrix.
  • the data matrix can be expressed using any desired coordinate system (Cartesian, Cylindrical, Spherical, etc.).
  • Another object of the present invention relates to a gamma ray detection image generation system, comprising one or more devices according to any of the embodiments described herein.
  • the electronic means for reading and processing the signals from the photodetectors (10) are preferably connected to an image reconstruction device at from the processing of these signals.
  • An example of said system is represented schematically in Figure 10, where it can be seen how the system is configured with five collimation holes (5), associated with their respective collimation cells (3) (not shown in the figure), these being protected by a cover or casing (14) preferably absorbing gamma radiation.
  • the system of the invention can be arranged on a mobile platform adapted to be oriented towards different regions of the gamma radiation source (2).

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para la detección de rayos gamma (1) procedentes de una fuente (2) sin truncamiento de imágenes y sin superposición de imágenes, que comprende al menos: dos celdas(3) de detección y cada una de dichas celdas comprende un espacio de detección (7) adaptado para recibir los rayos gamma (1) que penetran a través de un orificio (5), donde dicho espacio de detección (7) comprende uno o más conjuntos de detección (8, 8'),estando algunos de dichos conjuntos (8') situados de forma que se interponen a los rayos gamma (1) que inciden en el volumen de superposición (11) de los mismos.

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO PARA LA DETECCIÓN DE RAYOS GAMMA CON TABIQUES ACTIVOS CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuentra dentro del campo relativo a la formación de imágenes mediante rayos gamma. Más concretamente, la invención se refiere al diseño de dispositivos de detección de radiación gamma para obtener información de la misma, como son por ejemplo los dispositivos médicos de imagen nuclear, tales como cámaras gamma o equipos de tomografía computerizada de emisión de fotón único (SPECT, del inglés“single photon emission computed tomography”), entre otros.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las cámaras gamma de alta sensibilidad y resolución son de gran interés en la actualidad, ya que poseen un alto potencial en el campo de la medicina nuclear. Dichas cámaras permiten realizar, por ejemplo, un diagnóstico precoz de tumores de tamaño reducido, y también resultan de utilidad en una amplia variedad de estudios preclínicos, lo que permite por ejemplo diseñar tratamientos más efectivos contra el cáncer. El funcionamiento básico de un dispositivo de cámara gamma consiste en inyectar a un paciente un contraste radioactivo, como 99mTc, que se desintegra emitiendo un fotón (rayo gamma) de 140 keV de energía, según el siguiente proceso:
99mTc ® 99Tc + Y (Ec . Ί )
Este fotón de alta energía pasa a través de un colimador, hecho preferentemente de un material denso, altamente impenetrable para los rayos gamma en este rango de energía, formado típicamente por plomo (Pb) o wolframio (W) antes de alcanzar un detector sensible a la radiación. Este proceso se muestra esquemáticamente en la Figura 1 del presente documento, para dos tipos típicos de colimadores (de agujeros paralelos, a la izquierda de la imagen, y orificios estenopeicos, conocidos como“pinholes", a la derecha de la imagen).
Los detectores sensibles a la radiación de este tipo de cámaras están compuestos normalmente por un material denso y sensible a los rayos gamma, típicamente un bloque de cristal centelleante de Nal o similar. En dicho bloque, el rayo gamma es absorbido por un núcleo o electrón del material, cuya energía es re-emitida en forma de una cantidad del orden de miles de fotones ópticos, que son detectados por un fotodetector. Este proceso se muestra esquemáticamente en la Figura 2 del presente documento.
Un problema común de las cámaras gamma es su reducida sensibilidad. Ello se debe a que sólo los rayos gamma que son emitidos paralelamente a los colimadores (para el caso del colimador paralelo, Figura 1 , izquierda) o dentro de una cierta región angular (para el colimador de orificios, Figura 1 , derecha) son los que llegan de forma efectiva hasta el detector. En este contexto, en el caso de las cámaras gamma -con orificios de colimación, para aumentar la sensibilidad, lo que significa aumentar el número de rayos gamma detectados, se ha de aumentar necesariamente el número de orificios y/o la apertura angular de cada orificio. No obstante, al aumentar el número de dichos orificios, se genera el efecto indeseado conocido como superposición de imágenes (o problema de la multiplexación), tal y como se muestra esquemáticamente en las Figuras 3a-3b, que muestran diferentes perspectivas de este efecto. Como se aprecia en dichas figuras, dentro de la región de superposición del detector no resulta posible identificar, de forma inequívoca, a través de qué orificio ha pasado previamente el rayo gamma incidente antes de ser detectado. A falta de esta información, lo que se hace normalmente es considerar todas las combinaciones posibles en los cálculos realizados en el procedimiento de reconstrucción de imágenes. Como ejemplo, en el caso de la tomografía por emisión de positrones (PET, del inglés“Positrón Emission Tomography”), dicho procedimiento de reconstrucción consiste en calcular líneas de respuesta (LOR, del inglés“Unes of response’) a través del campo de visión (FOV, del inglés“fíeld of view”). En el caso de las cámaras gamma, las LOR se construyen uniendo el punto de impacto del rayo gamma en el detector, con el orificio correspondiente (a través del cual ha pasado previamente). En este punto, cuando no se es capaz de identificar el orificio correcto en la región de superposición y se tienen que hacer todas las combinaciones de posibles trayectorias de los rayos gamma, ello se traduce en considerar LORs incorrectas para la reconstrucción de las imágenes. Esto introduce, por tanto, ruido en la imagen reconstruida final, así como posibles imágenes espurias, denominadas comúnmente como artefactos (ver, por ejemplo, en las referencias [1], [2], [3] citadas al final de esta sección). Además de estar asociados a imágenes con ruido, los artefactos son altamente peligrosos, ya que pueden tener graves consecuencias en un posible diagnóstico erróneo de los pacientes (para el caso clínico), o llevando a conclusiones erróneas en estudios preclínicos. Los problemas antes mencionados también se producen en los detectores conocidos basados en colimadores que no producen superposición, como por ejemplo los descritos en las solicitudes de patente US 2006/0065840 A1 y US 2006/0000978 A1. No obstante, en dichos detectores, la eliminación de la superposición provoca, como contrapartida, el truncamiento de las imágenes y un FOV más reducido (que puede contener regiones ciegas). En los últimos años se han realizado diversos estudios para mejorar las cámaras gamma y los sistemas SPECT (ver referencias citadas [1], [2], [3], [4]) para que eliminen los efectos de superposición. Sin embargo, hasta la fecha no se ha encontrado ninguna solución genérica que pueda emplearse en cualquier sistema de detección, ya que el problema depende, en gran medida, también de la complejidad del objeto de estudio (animales pequeños, órganos, etc.), del FOV o de la resolución deseada, así como de otros parámetros de diseño. Una solución práctica que ofrece una alta sensibilidad y resolución se ha propuesto en la cámara gamma/SPECT descrita en la referencia [5], donde el colimador presenta una gran cantidad de agujeros y tiene forma cilindrica. Sin embargo, este sistema posee la gran desventaja de que su diseño implica un FOV muy reducido. Por lo tanto, su planteamiento sólo puede aplicarse de forma efectiva para estudios preclínicos con animales pequeños. También como consecuencia de la reducción del FOV, cuando se desea estudiar una amplia región del cuerpo del animal, éste ha de ser movido durante la exploración, lo que dificulta enormemente el proceso completo de toma de imágenes del mismo.
A la vista de las limitaciones del estado de la técnica antes descritas, la presente invención plantea un novedoso dispositivo para la detección de rayos gamma, basado en un nuevo concepto de tabiques activos que no sólo evitan la aparición de superposición durante la formación de imágenes, sino que además cuenta con un FOV completo y es aplicable a diversas técnicas con carácter completamente general.
Referencias del estado de la técnica citadas:
[1] G.S.P. Mok, B.M.W. Tsui y F.J. Beekman, "The effects of object activity distribution on multiplexing multi-pinhole SPECT', Phys. Med. Biol. 56 (2011) 2635-2650.
[2] L. C. Johnson, S. Shokouhi and T. E. Peterson, "Reducing Multiplexing Artifacts in Multi-Pinhole SPECT with a Stacked Silicon-Germanium System: a Simulation Stud y”, IEEE Trans. Med. Imaging (2014) 33(12): 2342-2351. [3] G.S.P. Mok, Y. Wang, and B.M.W. Tsui, "Quantification of the Multiplexing Effects in Multi-Pinhole Small Animal SPECT: A Simulation Study ", IEEE Trans. Nucí. Sci. 2009, 56(5): 2636-2643.
[4] K. Vunckx, P. Suetens, J. Nuyts, "Effect of Overlapping Projections on Reconstruction Image Quality in Multipinhole SPECT', IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 27, No. 7 (2008).
[5] Ivashchenko O., van der Have F., Villena J.L., Groen H.C., Ramakers R.M., Weinans H.H., Beekman F.J., “Quarter-Millimeter-Resolution Molecular Mouse Imaging with U- SPECT+ ", Mol. Imaging (2014), 13. do¡:10.2310/7290.2014.00053.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
A la luz de los problemas del estado de la técnica expuestos en la sección anterior, el dispositivo propuesto por la presente invención elimina el problema de la superposición/multiplexación, sin producir el efecto indeseado de truncamiento y sin generar artefactos en las imágenes obtenidas, manteniendo además la propiedad de una alta sensibilidad en un colimador de múltiples orificios (o“multi-pinhole"), que se traduce en una imagen de alta resolución para un FOV arbitrariamente grande.
De este modo, la invención mantiene todas las ventajas de los colimadores de orificios múltiples, pero añadiendo además un nuevo elemento sensible a la radiación gamma, que es un elemento detector (material sensible a la radiación) que actúa como un colimador/tabique y que impide que los rayos gamma alcancen las regiones superpuestas. Dicho colimador será designado como“tabique activo”, porque además de impedir las regiones de superposición, también actúa como detector y, por lo tanto, puede medir las coordenadas de impacto de los fotones incidentes. De esta manera, se recupera toda la información necesaria para la reconstrucción de las imágenes, con una gran resolución en FOV. Por tanto, en el dispositivo de la invención existe únicamente una superposición virtual, que permite identificar sin ambigüedad a través de qué orificio pasa cualquier rayo gamma antes de ser detectado. En el dispositivo, además, los tabiques activos están preferentemente provistos de sus propios fotodetectores y de la electrónica de lectura correspondiente.
En otra realización preferente de la invención, se plantea una posible variación de esta configuración, en la que las paredes laterales del colimador no comprenden ni fotodetectores ni electrónica de lectura, y donde los detectores se encuentran únicamente en su región base (como en otros colimadores multi-orificio). No obstante, para poder obtener las coordenadas del impacto sin perder información, los colimadores están equipados con superficies reflectantes ópticas en las paredes laterales, con el fin de evitar la pérdida de los fotones ópticos y para guiarlos hacia las regiones sensibles del detector.
Las configuraciones anteriores son posibles siempre que el centelleador del tabique activo sea suficientemente denso y/o grueso como para detener la mayoría de los rayos gamma incidentes antes de alcanzar el tabique activo contiguo. Para conseguir este fin, es posible de forma opcional emplear una placa delgada de W o Pb que se dispone entre dichos tabiques activos.
Para las dos configuraciones principales del dispositivo referidas, los conos de incidencia de los rayos gamma representan las regiones permitidas donde dichos rayos gamma pueden penetrar debido a la abertura del orificio del dispositivo. Las celdas de detección formadas por los espacios que alojan cada cono de incidencia pueden repetirse tantas veces como sea necesario, con el objetivo de obtener las características deseadas del dispositivo de cámara gamma, por ejemplo obteniéndose un determinado tamaño del FOV. Los ángulos de inclinación y las aberturas de los orificios pueden variar de unas celdas a otras, para obtener la resolución deseada del dispositivo.
Adicionalmente, las caras exteriores externas de todo el dispositivo están preferiblemente protegidas por un material absorbente de radiación gamma activo o pasivo, para evitar el ruido de fondo proveniente de zonas de fuera del campo de visión de interés.
Más concretamente, el objeto de la invención es un dispositivo y un sistema de obtención de imágenes que comprende dicho dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones propuestas en la presente solicitud de patente.
Para una mejor comprensión de la invención, a continuación, se proporciona un conjunto de definiciones de algunas expresiones utilizadas en este documento:
- Nube de interacción: acumulación de cualquier tipo de interacciones de partículas (fotoeléctrica, Compton, Bremsstrahlung, Cherenkov, etc.) que presenta al menos una magnitud mensurable, como la energía depositada, tiempo instantáneo, carga eléctrica, etc. Esta "nube de interacción" está formada por una o más interacciones que estén lo suficientemente cerca, espacialmente y/o temporalmente, para que sean experimentalmente indistinguibles.
- Información espacial: cualquier tipo de datos que son función de N (N £ 3) dimensiones espaciales, ya sean discretas o continuas, por ejemplo, la energía depositada en un punto con coordenadas 3D (x, y, z).
- Material sensible: cualquier material físico que interactúa con la radiación, produciendo al menos una magnitud física medible.
- Detector: cualquier dispositivo con la capacidad de registrar cierta magnitud física (como por ejemplo información espacial y/o temporal y/o cualquier otra magnitud física) que corresponda a una o más nubes de interacción. La información espacial se puede obtener, por ejemplo, mediante el procesamiento de la distribución de la deposición de energía y/o la distribución de la marca de tiempo y/o la distribución de la carga eléctrica, etc. Un detector puede estar formado por uno o más materiales sensibles, uno o más dispositivos de adquisición (que se definirán a continuación), y electrónica de lectura que extrae las señales de dicho detector. Por ejemplo, en un detector de centelleo, mediante el uso de un cristal centelleante la distribución de los fotones de centelleo puede ser registrada por el detector, así como su marca de tiempo. Esto proporciona información espacial y temporal, así como información sobre la energía total depositada y la forma en que se han distribuido. Otro ejemplo puede ser un detector Cherenkov, donde el espacio, el tiempo y la información energética se pueden obtener de la radiación de Cherenkov y su distribución. Los detectores pueden tener cualquier forma y tamaño posibles. Además, la lectura del detector se puede extraer de una o más regiones del mismo. En general, la lectura se puede realizar desde una o más superficies planas (caras) del detector. Por ejemplo, en un detector de centelleo con forma rectangular, se puede extraer señales de una o más, hasta seis de sus caras. También sería posible el uso de cristales de centelleo u otros materiales sensibles curvados, no rectangulares, en cuyo caso la lectura se adaptaría de forma conveniente.
- Los términos“superficie reflectante de la luz” y“superficie reflectante óptica” serán empleados como sinónimos, e interpretados como cualquier superficie sobre la que una porción sustancial de los fotones que impactan en ella se ven reflejados.
- Los términos“detector” y“detector sensible a la radiación” serán empleados de manera indistinta en el presente documento. - La expresión“marca de tiempo” se refiere a la información de tiempo registrada en cualquier parte de un dispositivo de adquisición, correspondiente a un evento de detección.
- tabique activo: es un detector independiente o un módulo compuesto de material sensible a la radiación, que se acopla a otro detector (con la posibilidad de extraer las coordenadas y/o la información de energía y/o marca de tiempo de un evento) y que puede tener algunas de sus superficies cubiertas con Pb o W o cualquier otro material dispuesto para evitar que un rayo gamma incidente alcance una región superpuesta de una cámara gamma multi-orificio. Algunas caras también pueden ser superficies que reflejan la luz, para prevenir la pérdida de los fotones ópticos centelleados.
- Evento: se define como el número total de interacciones que un solo rayo gamma incidente y sus partículas secundarias producen, hasta que su energía inicial se pierde total o sustancialmente (se deposita, es absorbido, etc.).
- Dispositivo de adquisición: se refiere a un dispositivo utilizado para extraer una o más magnitudes procesadas por un detector, comprendiendo dicho dispositivo uno o más materiales sensibles. Por ejemplo, para un detector de centelleo, el dispositivo de adquisición puede estar constituido por un fotodetector hecho de fotosensores que extraen información de los fotones de centelleo producidos en un cristal.
- Módulo de cámara gamma: se refiere a un conjunto de detectores y/o tabiques activos, que pueden ser independientes o no, con estructura idéntica o no, junto con un colimador de orificios, que trabajen juntos para crear un detector único que se puede usar como un dispositivo de cámara gamma de un solo orificio.
- Dispositivo de cámara gamma: se refiere a un conjunto de módulos de cámara gamma que pueden ser independientes o no, con estructura idéntica o no, que trabajan juntos para crear un detector de cámara gamma único con mayor sensibilidad y/o resolución y/o FOV que una cámara gamma de módulo independiente. El colimador multi-orificio puede ser continuo (hecho de una sola pieza de material, no de los módulos adjuntos), proporcionando así mayor sencillez al dispositivo.
- Sistema de detección: se refiere a un conjunto de módulos de cámara gamma y/o un conjunto de dispositivos de cámara gamma que pueden ser independientes o no, con estructura idéntica o no, que pueden funcionar juntos o no, y que en conjunto reúnen información útil para la reconstrucción de la imagen del objeto/sujeto/paciente analizado.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra esquemáticamente el funcionamiento de los dos dispositivos típicos de cámara gamma del estado de la técnica, con colimadores paralelos de agujeros (izquierda) y con colimador de orificio (derecha).
La Figura 2 muestra un módulo detector de rayos gamma conocido, formado por un material sensible tal como un bloque de centelleo (que produce fotones ópticos como consecuencia de la interacción de un rayo gamma con el material), un fotodetector (sensible a los fotones ópticos) y electrónica de lectura (encargada de procesar las señales electrónicas del fotodetector).
La Figura 3a muestra el problema de la multiplexación en un colimador de múltiples orificios. Los rayos gamma incidentes de la fuente radiante pasan a través de los orificios antes de llegar al detector. Dependiendo de la geometría, la apertura y la inclinación de los orificios, pueden producirse regiones superpuestas en el detector, lo que impide identificar sin ambigüedad el orificio a través del cual tiene un rayo gamma impactante ha pasado previamente.
La Figura 3b muestra una sección transversal bidimensional del problema de superposición mostrado en la Figura 3a.
La Figura 4 describe en dos dimensiones el concepto de "tabique activo" de la invención. En dicha figura, se observa cómo dicho tabique activo comprende un elemento detector adicional, que se coloca ventajosamente en el espacio de detección, para evitar que los rayos gamma alcancen la zona de superposición de la celda contigua. Como dicho elemento, además de bloquear los rayos, se trata también de un detector, toda la información necesaria (coordenadas del impacto y pinhole correspondiente) se pueden recuperar gracias al uso de fotodetectores y de electrónica de lectura de señal correspondiente. La Figura 5 muestra una vista en perspectiva de una posible realización del dispositivo de la invención equipado con cuatro tabiques activos, un detector horizontal y un colimador de orificio. El detector principal posee, además, un equipo fotodetector y una electrónica adjunta. Los tabiques activos pueden o no tener fotodetectores y electrónica de lectura. El cono de incidencia muestra esquemáticamente el área donde los rayos gamma incidentes pueden penetrar, debido a la geometría y configuración del orificio colimador.
La Figura 6 describe en dos dimensiones una variación del dispositivo con tabiques activos de la invención. En este caso, los tabiques activos solo tienen fotodetectores y lectura y electrónica conectada directamente en la parte superior de uno de los laterales, pudiendo dicho detector estar ausente o remplazado por una superficie reflectora. Se encuentran además acoplados a un detector principal horizontal. Para cada tabique activo, todas sus caras (excepto la acoplada al detector principal y la acoplada al detector lateral) deberían poseer elementos reflectantes, para evitar los fotones ópticos puedan escapar de la celda de detección. Analizando el patrón de impacto de dichos fotones ópticos, se puede distinguir si la interacción ha tenido lugar en el detector principal o en el tabique activo, sin perder información de impacto sobre ninguno de los fotones en el cono de incidencia.
Las Figura 7a-7b describen esquemáticamente una variación de la figura anterior. En este caso, los tabiques activos tienen fotodetectores y electrónica de lectura unida directamente en dos de sus caras (superior e inferior). Además, dichos tabiques activos están separados del detector principal (horizontal). Los tabiques activos también pueden inclinarse un determinado ángulo respecto al elemento de colimación superior o respecto al detector principal.
La Figura 8 describe en dos dimensiones otra posible configuración de los tabiques activos en el dispositivo de la invención. En este caso, los tabiques activos están inclinados y el detector principal horizontal no resulta necesario. La información recuperada y el funcionamiento del dispositivo son equivalentes al de las configuraciones anteriores.
La Figura 9 muestra una posible segunda versión del dispositivo de la invención, compuesto de cuatro tabiques activos y un colimador de orificio, donde los tabiques activos se encuentran orientados en ángulo. Como en el caso de la Figura 8, el detector principal en esta configuración no resulta necesario, y los tabiques activos deben tener fotodetectores y electrónica de lectura adjunta. El cono de incidencia en la figura muestra esquemáticamente el área donde los rayos pueden penetrar en el espacio de detección del dispositivo, debido a la geometría y configuración del colimador de orificios. La Figura 10 muestra una posible carcasa de blindaje exterior de rayos gamma en un sistema de detección según la invención, que puede estar compuesto de Pb, W o similar, con el fin de evitar el ruido de fondo proveniente de zonas de fuera del campo de visión de interés. Referencias numéricas utilizadas en los dibujos:
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DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 4-10 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos, de la invención reivindicada. Según lo descrito en las secciones anteriores, la presente invención se refiere a un dispositivo con colimador de múltiples aberturas (“ multi-pinhole”) para la detección de rayos gamma de alta sensibilidad y resolución, con un FOV arbitrariamente grande, caracterizado por el hecho de que elimina la superposición, sin pérdida de información. Mediante el uso de tabiques activos, el detector del dispositivo es capaz de obtener las coordenadas de impacto de los rayos gamma y asignar inequívocamente el orificio a través del cual dicho rayo gamma ha pasado previamente. Con esta información, se puede construir una LOR correcta para cada evento y, por lo tanto, se evitan todos los problemas asociados a la aparición de artefactos asociados a la superposición y el truncamiento de imagen asociado a la no superposición. Las coordenadas del impacto de los rayos gamma en el detector del dispositivo se pueden obtener por medio de métodos estándar tales como, por ejemplo, mediante la distribución del número de fotones ópticos producidos por un cristal de centelleo, la distribución de la carga eléctrica producido en un detector semiconductor, detección de radiación de Cherenkov, etc. La profundidad de interacción (DOI) en el detector del dispositivo también se puede obtener con métodos estándar.
De forma preferente y según lo mostrado en las Figuras 4-10, el dispositivo de la invención permite detectar rayos gamma (1) procedentes de una fuente (2) de radiación, donde dicho dispositivo comprende al menos dos celdas (3) de detección contiguas, y donde cada una de dichas celdas (3) de detección comprende:
- un elemento de colimación (4) que comprende un orificio (5) por el que pueden penetrar los rayos gamma (1) procedentes de la fuente (2), definiendo un cono (6) de incidencia;
- un espacio de detección (7) adaptado para recibir los rayos gamma (1) que penetran a través del orificio (5), donde dicho espacio de detección (7) comprende uno o más conjuntos de detección (8, 8’), equipados con al menos un material (9) sensible a la radiación gamma y al menos un fotodetector (10) conectado a medios electrónicos para la lectura y procesamiento de las señales de dicho fotodetector (10).
Como se aprecia en las Figuras 4 y 8 del presente documento, las proyecciones teóricas de los conos (6) de incidencia de los rayos gamma (1) en las dos celdas (3) presentan un volumen de superposición (11) en el interior del espacio de detección (7). No obstante, para evitar que dicha superposición de los rayos gamma (1) se produzca de forma efectiva en dicho volumen (11), los conjuntos (8’) de detección del dispositivo de la invención están ventajosamente dispuestos, en el interior del espacio de detección (7), de forma que éstos se interponen en las trayectorias de los rayos gamma (1) cuya proyección es incidente en el volumen de superposición (11) en el interior de dicho espacio de detección. El dispositivo podría además contener, de forma opcional, una superficie de bloqueo adicional (12), hecha de Pb, W o similar, que impide el paso de los rayos gamma (1) al volumen de superposición (11). Con ello, se consigue bloquear cualquier trayectoria de superposición de los rayos gamma (1), pero siendo a la vez capaz el dispositivo de medir la contribución de todos ellos en ausencia de truncamiento de imagen.
En una realización preferente de la invención mostrada en las Figuras 4 y 5, los fotodetectores están dispuestos en la superficie de separación de las celdas (3) de detección que están en contacto con los conjuntos (8) de detección de celdas (3) adyacentes.
Preferentemente, las paredes de las celdas (3) de detección y/o los conjuntos de detección (8, 8’) comprenden uno o más elementos reflectantes (13) para guiar las trayectorias de los rayos gamma (1). Esta realización se muestra de forma esquemática en la Figura 6, donde se aprecia cómo dichos elementos reflectantes (13) permiten guiar las trayectorias hasta los fotodetectores (10) del dispositivo, cumpliendo así con la doble función del mismo de eliminar cualquier escenario de superposición de los rayos gamma (1), pero sin producir truncamiento alguno de las imágenes obtenidas.
En otra realización preferente de la invención, el tabique de separación y/o los conjuntos detección (8, 8’) están dispuestos de forma perpendicular u oblicua respecto al plano definido por el elemento de colimación (4), donde además dicho tabique puede situarse a diferentes distancias (d, d’) y a ángulos arbitrarios (Q) respecto al citado elemento (4). Esta situación se ilustra esquemáticamente en las Figuras 7a-7b del presente documento.
En otra realización preferente de la invención, ilustrada por las Figuras 8-9, al menos una de las celdas (3) de detección comprende al menos dos conjuntos (8, 8’) de detección dispuestos con sus planos formando un ángulo entre sí, de forma que el espacio subtendido por dichos conjuntos (8, 8’) de detección abarca la totalidad del cono (6) de incidencia de los rayos gamma (1).
En distintas realizaciones preferentes de la invención, las superficies de absorción de rayos gamma de los colimadores de uno o más orificios (5) comprenden materiales densos y de espesor adecuado, de forma que éstos sean capaces de detener dichos rayos gamma en el rango de energía de de interés, tales como el Pb o el W. Asimismo, la geometría y la configuración de apertura de cada orificio (5) pueden presentar cualquier forma, inclinación y radio. El material sensible (9) del dispositivo de detección puede ser cualquier material que produzca una magnitud física mensurable cuando la radiación interactúa con dicho material. Algunos ejemplos son los cristales centelleantes, monolíticos o pixelados, semiconductores tales como Si, Ge, CdTe, GaAs, Pbl2, Hgl2, CZT, etc. para detectores de estado sólido, xenón para detectores de centelleo y radiación Cherenkov, etc. Además, los materiales sensibles (9) pueden estar encapsulados o expuestos, acoplados a una superficie reflectante óptica y/o utilizar cualquier técnica conocida para mejorar la calidad de los datos recogidos. Las superficies reflectantes (13) ópticas pueden ser pulidas o rugosas, especulares, difusas, retro-reflectantes o mixtas. Asimismo, uno o más conjuntos de detección (8, 8)’ pueden comprender una superficie pintada ópticamente.
En un sistema de detección según la invención, cada dispositivo detector puede ser adyacente a otro que forma un conjunto determinado, pudiendo dicho conjunto organizarse con respecto a otro, por ejemplo formando una estructura cerrada o abierta. Los componentes de un sistema detector pueden ser idénticos o diferentes, en función de sus condiciones de diseño específicas.
Un conjunto (8, 8’) de detección del dispositivo puede tener una forma arbitraria, y puede medir cualquier magnitud física que proporcione información espacial y/o temporal de, al menos, una nube de interacción de uno o más materiales sensibles. Ejemplos de tales elementos de detección son detectores de estado sólido, detectores de centelleo, etc.
Ejemplos de detectores de estado sólido son semiconductores tales como Si, Ge, CdTe, GaAs, Pbl2, Hgh, CZT o HgCdTe (también conocido como CTM). Radiadores Cherenkov tales como PbF2, NaBi (W04)2, PbW04, MgF2, CeFi4, C4F10 o aerogel de sílice. Se pueden usar también elementos centelladores, tales como centelladores de cristales orgánicos o inorgánicos, centelladores líquidos o centelladores gaseosos. Los centelladores pueden producir una señal de detección que se debe tanto a los procesos de centelleo como a los de radiación Cherenkov.
Los centelladores de cristales orgánicos pueden ser, por ejemplo, antraceno, estilbeno, naftaleno, centelladores líquidos (por ejemplo, líquidos orgánicos como p-terfenilo (C18H 14) , 2-(4-bifenilil)-5-fenil-1 ,3,4-oxadiazol PBD (C20H 14N20) , butilo PBD (C24H22N20) , PPO (C15H 1 1 NO) , disueltos en solventes tales como tolueno, xileno, benceno, fenilciclohexano, trietilbenceno o decalina), centelladores de gases (como nitrógeno, helio, argón, criptón, xenón), centelladores de cristales inorgánicos, o combinaciones de cualquiera de los mismos. Los cristales de centelleo inorgánicos comúnmente conocidos pueden ser, por ejemplo, yoduro de cesio (Csl), yoduro de cesio dopado con talio (Csl (TI)), germinado de bismuto (BGO), yoduro de sodio dopado con talio (Nal (TI)), fluoruro de io (BaF2), fluoruro de calcio dopado con europio (CaF2(Eu)), tungstato de cadmio (CdWCL), cloruro de lantano dopado con cerio (LaCb(Ce)), silicatos de lutecio itria dopados con cerio (LuYSiOs(Ce)(YAG (Ce)), sulfuro de cinc dopado con plata (ZnS(Ag)) o granito de itrio aluminio dopado con cerio (III) Y3AI5O12 (Ce) o LYSO. Ejemplos adicionales son CsF, KI(TI), CaF2(Eu), Gd2Si05[Ce] (GSO), LSO.
Como se ha mencionado previamente, los centelladores según la presente invención, pueden ser cristales monolíticos o cristales pixelados, o cualquier combinación de los mismos. Preferiblemente, el centelleados sin embargo, será un monocristal (bloque monolítico), ya que los cristales pixelados introducen más áreas de espacio muerto en el detector de rayos gamma, proporcionando por tanto menos sensibilidad al dispositivo detector en comparación con los monocristales.
El dispositivo de detección (de los fotones centelleantes) puede estar formado, por ejemplo, por fotosensores. Los fotosensores pueden ser matrices de fotomultiplicadores de silicio (SiPM), diodos de avalancha de fotones individuales (SPAD), SiPM digitales, fotodiodos de avalancha, fotomultiplicadores sensibles a la posición, fotomultiplicadores, fototransistores, fotodiodos, foto-ICs o combinaciones de los mismos. Esto significa que un dispositivo detector puede estar acoplado, por ejemplo, a una matriz de SiPM y otro dispositivo detector puede estar acoplado a una matriz de fototransistores en un sistema detector según las definiciones anteriores.
Es posible también, en otras realizaciones de la invención, utilizar múltiples fotodetectores (10) para proporcionar una sola matriz de datos. Si un elemento detector no es lo suficientemente grande para cubrir una superficie deseada, es posible disponer dos o más detectores en una matriz y combinar sus lecturas para obtener una matriz de datos más grande. La matriz de datos se puede expresar utilizando cualquier sistema de coordenadas deseado (cartesiano, cilindrico, esférica, etc.).
Otro objeto de la presente invención se refiere a un sistema de generación de imágenes mediante detección de rayos gamma, que comprende uno o más dispositivos según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento. En dicho sistema, los medios electrónicos para la lectura y procesamiento de las señales de los fotodetectores (10) están preferentemente conectados a un dispositivo de reconstrucción de imágenes a partir del procesamiento de dichas señales. Un ejemplo de dicho sistema se representa de forma esquemática en la Figura 10, donde se aprecia cómo el sistema está configurado con cinco orificios (5) de colimación, asociados a sus respectivas celdas (3) de colimación (no mostradas en la figura), quedando éstas protegidas por una cubierta o carcasa (14) preferentemente absorbente de la radiación gamma.
En una realización preferente del sistema de la invención, éste puede estar dispuesto en una plataforma móvil adaptada para ser orientada hacia diferentes regiones de la fuente (2) de radiación gamma.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo para la detección de rayos gamma (1) procedentes de una fuente
(2), que comprende al menos dos celdas (3) de detección contiguas, donde cada una de dichas celdas (3) de detección comprende:
- un elemento de colimación (4) que comprende un orificio (5) por el que pueden penetrar los rayos gamma (1) procedentes de la fuente (2), definiendo un cono (6) de incidencia;
- un espacio de detección (7) adaptado para recibir los rayos gamma (1) que penetran a través del orificio (5), donde dicho espacio de detección (7) comprende uno o más conjuntos (8, 8’) de detección de rayos gamma;
y donde las proyecciones teóricas de los conos (6) de incidencia de los rayos gamma (1) en dos celdas adyacentes (3) presentan un volumen de superposición (11) en el interior del espacio de detección (7);
estando el dispositivo caracterizado por que al menos uno de los conjuntos (8’) de detección está dispuesto de forma que se interpone a los rayos gamma (1) que inciden en el volumen de superposición (11).
2.- Dispositivo según la reivindicación anterior, donde uno o más conjuntos (8’) de detección comprenden al menos una superficie de bloqueo (12) de los rayos gamma.
3.- Dispositivo según la reivindicación anterior, donde la superficie de bloqueo (12) está dispuesta como un tabique de separación de las celdas (3) de detección, donde dicho tabique está en contacto en ambos de sus lados con conjuntos (8’) de detección de celdas adyacentes (3).
4 Dispositivo según la reivindicación anterior, donde el tabique de separación y/o los conjuntos (8, 8’) de detección están dispuestos de forma perpendicular u oblicua respecto a un plano definido por el elemento de colimación (4).
5.- Dispositivo según las reivindicaciones 1-2, donde al menos una de las celdas
(3) de detección comprende al menos dos conjuntos (8, 8’) de detección dispuestos con sus planos formando un ángulo entre sí, de forma que el espacio subtendido por dichos conjuntos (8, 8’) de detección abarca la totalidad del cono (6) de incidencia de los rayos gamma (1).
6.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno o más conjuntos (8, 8’) de detección comprenden uno o más elementos reflectantes (13) para guiar las trayectorias de los rayos gamma (1).
7. Dispositivo según la reivindicación anterior, donde al menos uno de los elementos reflectantes (13) comprende un reflector especular difuso o retrorreflectante, rugoso o pulido o una combinación de los mismos.
8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno o más conjuntos (8, 8’) de detección comprenden una superficie pintada ópticamente.
9. -Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los conjuntos (8, 8’) de detección comprende un material centelleador como material sensible (9) a la radiación gamma y al menos un fotodetector (10) conectado a medios electrónicos para la lectura y procesamiento de las señales de dicho fotodetector.
10.- Dispositivo según la reivindicación anterior, donde el material centelleador comprende un sólido pixelado, un sólido monolítico, un líquido, gas o una combinación de los mismos.
11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, donde cada celda (3) de detección comprende diferentes materiales centelladores.
12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el fotodetector (10) de al menos uno de los conjuntos (8, 8’) de detección comprende fotomultiplicadores, diodos de avalancha, fotodiodos, fototransistores, foto-ICs o una combinación de los mismos.
13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los conjuntos (8, 8’) de detección comprende un detector de estado sólido y/o un detector Cherenkov.
14. Sistema de generación de imágenes mediante detección de rayos gamma (1), tal como en SPECT, caracterizado por que comprende uno o más dispositivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando sus medios electrónicos para la lectura y procesamiento de las señales conectados a un dispositivo de reconstrucción de imágenes a partir del procesamiento de dichas señales.
15. Sistema según la reivindicación anterior, donde dicho sistema se encuentra dispuesto en una plataforma móvil adaptada para ser orientada hacia diferentes regiones de la fuente de radiación gamma.
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