Sviluppo di un rivelatore integrato eco-spect per imaging in medicina

Abstract

Il lavoro di tesi è stato finalizzato allo studio preliminare per la realizzazione di un rivelatore integrato eco-scintigrafico in grado di ottenere immagini da utilizzare, ad esempio, nella diagnostica dei tumori in medicina. Tale sistema consiste dell’integrazione di una sonda ecografica con un rivelatore di radiazioni gamma SPECT (tomografia in emissione di raggi gamma) con l’obiettivo di fornire una singola immagine tridimensionale eco-scintigrafica. Appartiene alla categoria dei sistemi che sono in grado di offrire due diverse tipologie di immagini e sono indicati come rivelatori “duali” in quanto consistono di due rivelatori indipendenti in una singola macchina (tra cui, ad esempio, figurano i sistemi CT-PET). In particolare, esso può coniugare l’immagine ecografica ricca di informazioni morfologiche assieme all’immagine scintigrafica da cui dedurre l’informazione funzionale delle strutture biologiche in esame. Le immagini ecografiche sono ottenute da una sonda lineare a cristalli piezoelettrici che può scorrere sulla superficie superiore dello scintigrafo. La sonda ecografica si muove su un binario e acquisisce sincrona le diverse immagini bidimensionali (B-mode), da cui si procede a ricostruire l’immagine tridimensionale e l'informazione di volume ad altissima risoluzione spaziale. Il rivelatore scintigrafico consiste di una gamma camera compatta basata su un singolo cristallo di scintillazione di Bromuro di Lantanio, 100×100 mm2 di area, e una matrice di 2×2 fotomoltiplicatori sensibili alla posizione Hamamatsu H8500 ed elettronica a 256 canali indipendenti. Tale scintigrafo è equipaggiato con un collimatore rotante a fori angolati (Slant) composto da 4 elementi separati. La possibilità di ruotare il collimatore attorno all'asse centrale della camera permette di ricostruire l'immagine 3D scintigrafica registrando le diverse “proiezioni” dell’oggetto in esame (tomografia SPECT non assiale) mantenendo stazionario il rivelatore. Uno degli obiettivi primari del progetto è stato quello di garantire ai due rivelatori lo stesso volume di visione in modo da poter semplificare le operazioni di fusione delle immagini, così da realizzare un sistema in grado di operare nella doppia modalità e fornire un’immagine eco-scintigrafica completamente tri-dimensionale. Si riconosce, inoltre, l’importanza strategica delle immagini ecografiche che possono servire a decodificare le immagini scintigrafiche sia in fase preparatoria (centraggio della misura), che successivamente all’acquisizione dell’immagine SPECT. Per contro, le difficoltà del progetto erano legate alle limitate possibilità dell’integrazione della sonda ecografica, fortemente vincolata a lavorare a diretto contatto con l’oggetto senza compromettere il funzionamento della gamma camera SPECT. La scelta di impiegare i collimatori SLANT ha permesso di mantenere fermo il sistema durante la misura, condizione imprescindibile all’impiego di una sonda ecografica, e sfruttare il vantaggio offerto dal posizionamento del rivelatore in prossimità all’oggetto da esaminare. Verranno presentati i test di caratterizzazione delle singole parti (ecografica e scintigrafica), ma anche le prime misure ottenute con un sistema prototipo perché rivelatosi molto interessante. Tale prototipo scintigrafico è stato equipaggiato con collimatore parallelo, e potendo contare sulle caratteristiche di risposta del rivelatore a Bromuro di Lantanio ha offerto un ottimo valore di risoluzione spaziale planare che è sembrata in grado di sopperire all’assenza di informazione tridimensionale. Il test di co-registrazione eco-gamma SPECT ha dato importanti informazioni sulle reali potenzialità di tale sistema evidenziandone anche i limiti: i valori di risoluzione spaziale (RS) gamma sono risultati interessanti a pochi centimetri di distanza (4-5 mm sul piano coronale), mentre, per contro la RS assiale poco soddisfacente è risultata sempre almeno doppia di quella coronale con i fori a 30°. Altrettanto critico il campo di vista, fermo restando che buona è la localizzazione in profondità degli oggetti (con errore inferiore al 10%) indicando che le limitazioni in RS sono proprio di natura geometrica. I primi risultati sperimentali di fusione delle immagini tridimensionali, ottenute da opportuni fantocci eco-scintigrafici, sono positivi e hanno mostrato il ruolo primario che potrà svolgere l’ecografia nel riconoscimento morfologico delle strutture, offrire una visione di dettaglio del campo di visione e valori pregevoli di RS. In generale l’analisi condotta ha confermato le potenzialità del rivelatore eco-scintigrafico per le applicazioni di diagnostica per immagini in medicina. Nel prossimo futuro si pensa di completare i test su fantoccio per poi successivamente valutare i test su piccoli animali, in previsione di definire le possibili applicazioni cliniche.