Progettazione di una elettronica di lettura ad elevata efficienza per gamma camere compatte

Abstract

Le tecniche diagnostiche in medicina nucleare permettono di ottenere informazioni metaboliche e funzionali su una grande varietà di organi e tessuti corporei. La diagnosi di piccoli organi, la sperimentazione di nuovi farmaci su piccoli animali e la necessità, in sala operatoria, di avere una indicazione in tempo reale sulla posizione da incidere nel tessuto, hanno accresciuto l'importanza dello sviluppo di rivelatori di dimensioni sempre più ridotte e caratterizzati da risoluzioni spaziali ed efficienze sempre migliori. Il presente lavoro di dottorato si è focalizzato sulla progettazione e lo sviluppo di una elettronica di lettura integrata per gamma camere basate su tubi fotomoltiplicatori multi-anodo, al fine di ridurre le dimensioni, e quindi il peso, del sistema di rivelazione. Il lavoro di dottorato è stato svolto presso il gruppo di microelettronica di Roma Tre, il quale ha ottenuto degli ottimi risultati con una elettronica di lettura a componenti discreti, sviluppata precedentemente a questo lavoro di tesi. Per questo motivo, tale elettronica di lettura ha costituito un punto di partenza per lo sviluppo di un sistema maggiormente integrato e versatile, capace di conservare le stesse prestazioni. A tale scopo, nel presente lavoro di dottorato è stato progettato e sviluppato un chip full custom dedicato in tecnologia CMOS UMC 0.18 μm. In seguito il chip è stato caratterizzato ed incluso in una scheda di acquisizione per permettere la lettura dei segnali uscenti da un tubo fotomoltiplicatore contraddistinto da una matrice di 8x8 anodi. L'elettronica di lettura proposta è stata progettata in modo da non degradare le prestazioni finali del sistema di formazione delle immagini. Comunque, si deve considerare che le prestazioni di una gamma camera non dipendono solo dalle caratteristiche dell'elettronica di lettura, ma dipendono anche, e soprattutto, dai numerosi parametri che caratterizzano i suoi principali componenti: il collimatore, il cristallo scintillante, i fotorivelatori (il tubo fotomoltiplicatore multi-anodo) e gli accoppiatori ottici tra cristallo e fotorivelatore. Al fine di valutare velocemente e ottimizzare le prestazioni di una gamma camera al variare dei parametri dei suoi componenti, è stato creato un modello matematico del sistema di rivelazione e di formazione dell'immagine. Infine è stata proposta una procedura di correzione ed elaborazione dei dati scintigrafici, effettuata da un calcolatore, basata su una sequenza di elaborazioni alcune delle quali appositamente sviluppate. Di questa procedura sono stati mostrati i passi intermedi e il risultato finale su un'immagine sperimentale acquisita con un cristallo di nuova generazione.