DISPOSITIVO ESCINTIGRÁFICO DE ALTA RESOLUCIÓN ESPACIAL QUE TIENE UN COLIMADOR CON CRISTALES INTEGRADOS.

Un dispositivo escintigráfico con colimador con cristales integrados con alta resolución espacial,

que comprende en sucesión desde un extremo abierto de un recipiente (5) revestido con un revestimiento de protección (6) que comienza desde la fuente del evento que ha de ser medido: un colimador (1) para fotones gamma de baja energía hecho de un material con un alto número atómico, que tiene internamente una multiplicidad de conductos iguales (10) de longitud determinada, identificados y separados por tabiques (11) de espesor adecuado para absorber la energía de los fotones gamma de baja energía, que termina en un plano de extremidad común (12) sobre el lado opuesto a la fuente del evento que ha de ser medido; una estructura (2) de cristal de escintilación capaz de convertir la radiación procedente de la fuente bajo examen en radiación luminosa; al menos un fotomultiplicador (3) del tipo con ánodos o conductores cruzados que reciben la radiación luminosa emitida por la estructura (2) de cristal de escintilación y generar señales eléctricas proporcionales a la energía liberada y que sirven para la determinación de las coordenadas de posición; componentes electrónicos (4, 7, 8) capaces de ejecutar la amplificación de integración de las señales generadas por el fotomultiplicador (3) para la determinación de las coordenadas de posición (XY) del evento y la energía relacionada para su subsiguiente transferencia al dispositivo de conversión y por tanto a un procesador electrónico (9) que las procesa y las presenta en un monitor en forma de una imagen, caracterizado porque dicha estructura (2) de cristal escintilador está constituida por una multiplicidad de cristales individuales (20) de sección poligonal y con primeras caras de base (21) y segundas caras de base (22) y una superficie lateral (23), estando orientadas dichas primeras caras de base (21) hacia dicho fotomultiplicador (3) y estando orientadas dichas segundas caras de base (22) hacia la dirección opuesta con respecto a dicho fotomultiplicador (3), estando cada uno de los cristales individuales (20) integrado de forma enteriza en la proximidad del extremo de cada uno de dichos conductos (10), estando orientado dicho extremo de cada uno de dichos conductos (10) hacia dicho fotomultiplicador (3), teniendo cada uno de dichos conductos (10) del colimador (1) una sección poligonal conformada, en el que cada cristal (20) está posicionado de tal modo que la totalidad de dichas primeras caras (21) de dicho cristal (20) orientadas hacia dicho fotomultiplicador (3) se encuentran en un mismo plano paralelo a dicho plano de extremidad común (12) del coordinador (1)

El presente invento se refiere a un dispositivo de alta resolución espacial que tiene un colimador con cristales integrados, de uso diagnóstico externo o para aplicaciones de cirugía guiadas, que requiere la identificación de la localización de lesiones tumorales.

En particular, pueden aplicarse sistemas de formación de imágenes funcionales con un campo de visión pequeño (véanse las Solicitudes de Patente norteamericanas 09/202.894 y 09/202.790 a nombre de Alessandro Soluri y col.) en Medicina Nuclear como dispositivos de localización y diagnóstico, de peso reducido y tamaño mínimo, con el fin de identificar neoplasias con alta resolución espacial. El uso de dichos dispositivos también puede encontrar aplicación en el análisis escintigráfico de animales pequeños, con el fin de experimentar nuevos anticuerpos marcados por radio, específicos para patologías particulares. Otro campo de aplicación se refiere a la localización guiada de lesiones de próstata y pechos, con el fin de identificar las áreas la zonas con mayor absorción que han de ser sometidas a un muestreo biópsico, para integrar técnicas radiográfica y ecográfica actuales. Tales dispositivos pueden encontrar otras aplicaciones en Astrofísica y en sistemas industriales de ensayos no destructivos.

En particular, el uso principal del dispositivo se refiere a localizar lesiones tumorales, especialmente en aquellas técnicas que requieren una precisión espacial adecuada tales como biopsias (próstata y pecho) o cirugía guiada por radio o guiada por radio inmune. Para eliminar una lesión tumoral, el cirujano necesita identificar su localización y, con este fin, normalmente usa los resultados de investigaciones diagnósticas realizadas previamente con técnicas conocidas como RX, escáneres CAT, Escintigrafía NMR y tradicional. Sin embargo en el momento de la operación, después de “abrir” la parte, el cirujano puede necesitar localizar de forma incluso más precisa el área que ha de ser cortada o retirada y, con este propósito, puede emplear una denominada “sonda quirúrgica”. Después de inyectar en el paciente una droga radiológica, que tiene la peculiaridad de ser fijada más específicamente en las células tumorales, el cirujano usa una sonda para detectar la radiación emitida por el radioisótopo, presente en las moléculas de la droga en el área examinada en un instante dado. La sonda es sensible a la intensidad y energía de la radiación gamma que la golpea y proporciona señales análogas que son proporcionales a la concentración de radioisótopo medida en la región identificada por un colimador de un solo canal.

Las señales detectadas son convertidas a forma digital que proporciona información, en una escala de luz o sonido, acerca de la intensidad de las señales que caen dentro de la ventana de energía seleccionada. La limitación está constituida por la imposibilidad de proporcionar una imagen que describa el mapa espacial de la concentración de droga radiológica y que solo proporciona la visualización de los cómputos en el área identificada por el colimador.

Esta limitación de las tecnologías actuales se debe principalmente a la pobre resolución espacial (aproximadamente de 1 cm) y a las dimensiones considerables de las cámaras comerciales actuales de gamma.

Ya los dispositivos reivindicados por Soluri y col. (véanse Solicitudes de Patente norteamericana 09/202.894 y 09/202.790), además de los reivindicados por Francesco De Notarisfetani y col. (WO 96/37991), Sealock y col. (Patente Norteamericana 5783829), Stan Majewski y col. (Patente norteamericana 5864141), Scibilia y col. (Patente norteamericana 6021341), proponen perfeccionamientos tanto en términos de resolución espacial como en términos de tamaño y peso reducidos. Sin embargo, en algunas aplicaciones, la resolución espacial requerida resulta un parámetro fundamental, de modo que es necesario obtener resoluciones muy precisas.

Otro ejemplo es el documento GB 2.034.148. Este documento se refiere a una estructura de escintilador de alta resolución, de Múltiples elementos. Muestra una estructura de escintilador de cámara gamma, adecuada para detectar fotones gamma de alta energía que, en una única cámara de escintilador, requeriría un cristal de escintilador comparativamente grueso, de modo que de como resultado una dispersión inaceptable de fotones de luz, comprende una agrupación de colimadores de un material de Z elevada con canales de pared paralelos, alargados con el material escintilador dispuesto en un extremo de los canales de modo que forme una estructura de colimador/escintilador integrada. Las paredes de canal de colimador están preferiblemente revestidas, con un material que refleja la luz y otras superficies que reflejan la luz, que son traslúcidas a los fotones gamma, pueden estar previstas en cada canal. Los escintiladores pueden ser cristales únicos o preferiblemente comprender un fósforo dispersado en una matriz traslúcida termoendurecible.

Una de las limitaciones actuales seguramente consiste en la imposibilidad de localizar de manera precisa la posición espacial de acontecimientos que alcanzan a los elementos individuales del cristal escintilador. Los dispositivos actuales de modo preferente utilizan fotomultiplicadores, o foto-tubos, de la última generación, conocidos como PSPMT (Tubos Fotomultiplicadores Sensibles a la Posición) acoplados a matrices de cristal situadas a la salida de un colimador de guía, de propósito general o alta resolución, normalmente con agujeros hexagonales. Alternativamente los cristales escintiladores están constituidos por elementos planos, situados a la salida de los mismos tipos de colimadores. En este caso, usando un cristal de escintilación plano con fotomultiplicadores tradicionales (PMT = Tubo Fotomultiplicador), las resoluciones espaciales esperadas son definitivamente inadecuadas en referencia a las técnicas de diagnóstico descritas con anterioridad.

Los cristales de escintilación, con forma poligonal y espesor adecuado, pueden ser inorgánicos u orgánicos, tanto en el estado de pureza total como dopado con cantidades adecuadas de materiales apropiados con el fin de potenciar sus propiedades de escintilación (por ejemplo: Cs(TI), Csl(Na), Nal(TI)), de acuerdo al tipo de aplicación que ha de conseguirse, con las técnicas de diagnóstico y con los trazadores empleados. En cualquier caso, el espectro de emisión de la luz de escintilación debe exhibir una buena superposición con la de absorción de la capa fotosensible del fotomultiplicador.

La limitación principal de la técnica anterior consiste en el hecho de que, cuando se emplean matrices de cristal de sección cuadrada acopladas con el colimador con agujeros hexagonales, no es posible conseguir tal alineación geométrica como para guiar fotones al área específica del elemento individual de la matriz de escintilación. Un agujero hexagonal permitirá el paso de fotones en una resolución espacial de área de cruce es suficiente para separarlos. De este modo es grabado el número de fotones integrado para ese agujero y que han golpeado el elemento de escintilación individual.

Un propósito del invento es obtener un sistema de formación de imágenes miniaturizado que es optimizado y está dedicado a aplicaciones escintigráficas individuales.

Otro propósito del invento es obtener un dispositivo escintigráfico, de tamaño reducido, que también se pueda usar para diagnosis externa de tumores de pequeñas dimensiones (por ejemplo melanomas en la piel, patologías de tiroides, etc.), y de peso extremadamente reducido de manejo más fácil, con la capacidad de visualizar áreas de interés que serían difíciles de alcanzar con los dispositivos actuales.

Un propósito adicional del invento es obtener un dispositivo que, empleando cristales asociados a colimadores, consiga una alineación geométrica perfecta, de tal modo que encamine los fotones.

Aún otro propósito del invento es conseguir un dispositivo miniaturizado con resolución espacial elevada, adecuado para usar tanto durante operaciones quirúrgicas como dispositivo de diagnóstico externo para detectar áreas de tejidos invadidos por formaciones tumorales de pequeño tamaño.

Por ello, el invento, tal como se ha caracterizado en las reivindicaciones siguientes, resuelve el problema de proporcionar un dispositivo escintigráfico miniaturizado con un colimador de cristal integrado que tiene una resolución espacial elevada de acuerdo con la reivindicación 1.

Otras características y ventajas del invento resultarán... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo escintigráfico con colimador con cristales integrados con alta resolución espacial, que comprende en sucesión desde un extremo abierto de un recipiente (5) revestido con un revestimiento de protección (6) que comienza desde la fuente del evento que ha de ser medido:

un colimador (1) para fotones gamma de baja energía hecho de un material con un alto número atómico, que tiene internamente una multiplicidad de conductos iguales (10) de longitud determinada, identificados y separados por tabiques (11) de espesor adecuado para absorber la energía de los fotones gamma de baja energía, que termina en un plano de extremidad común (12) sobre el lado opuesto a la fuente del evento que ha de ser medido;

una estructura (2) de cristal de escintilación capaz de convertir la radiación procedente de la fuente bajo examen en radiación luminosa;

al menos un fotomultiplicador (3) del tipo con ánodos o conductores cruzados que reciben la radiación luminosa emitida por la estructura (2) de cristal de escintilación y generar señales eléctricas proporcionales a la energía liberada y que sirven para la determinación de las coordenadas de posición;

componentes electrónicos (4, 7, 8) capaces de ejecutar la amplificación de integración de las señales generadas por el fotomultiplicador (3) para la determinación de las coordenadas de posición (XY) del evento y la energía relacionada para su subsiguiente transferencia al dispositivo de conversión y por tanto a un procesador electrónico

(9) que las procesa y las presenta en un monitor en forma de una imagen, caracterizado porque dicha estructura

(2) de cristal escintilador está constituida por una multiplicidad de cristales individuales (20) de sección poligonal y con primeras caras de base (21) y segundas caras de base (22) y una superficie lateral (23), estando orientadas dichas primeras caras de base (21) hacia dicho fotomultiplicador (3) y estando orientadas dichas segundas caras de base (22) hacia la dirección opuesta con respecto a dicho fotomultiplicador (3), estando cada uno de los cristales individuales (20) integrado de forma enteriza en la proximidad del extremo de cada uno de dichos conductos (10), estando orientado dicho extremo de cada uno de dichos conductos (10) hacia dicho fotomultiplicador (3), teniendo cada uno de dichos conductos (10) del colimador (1) una sección poligonal conformada, en el que cada cristal (20) está posicionado de tal modo que la totalidad de dichas primeras caras (21) de dicho cristal (20) orientadas hacia dicho fotomultiplicador (3) se encuentran en un mismo plano paralelo a dicho plano de extremidad común (12) del coordinador (1).

2. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque cada cristal (20) de dicha multiplicidad de cristales individuales tiene al menos en su cara de base (22) recibida dentro del colimador (1), orientada hacia la fuente del evento, y en el espacio interno entre sus superficies laterales (23) y los tabiques adyacentes (11) del conducto (10) del colimador (1) que le contiene, una capa (24) de material reflectante y difusor ópticamente.

3. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha multiplicidad de cristales (20), cada uno de los cuales está integrado en un conducto correspondiente (10) del colimador (1), tiene una parte de extremidad de cristal (25) que sobresale más allá de dicho plano de extremidad común (12) del colimador y comprende una capa plana (26) para la conexión rígida de la totalidad de dichas partes de extremidad de cristal

(25) hechas de un material reflectante y difusor ópticamente.

4. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha multiplicidad de cristales (20), cada uno de los cuales está integrado en un circuito correspondiente (10) del colimador (1), tiene dichas primera caras de base (21) de los cristales (20) orientadas hacia el fotomultiplicador (3) totalmente interior a los conductos

(10) y que se encuentran en un mismo plano paralelo y subyacentes a dicho plano de extremidad común (12) del colimador (1); estando presente en dichas primeras caras de base (21) de los cristales (20) y en las superficies adyacentes de los tabiques (11) de dichos conductos (10) una capa (124) de material reflectante y difusor ópticamente entre el plano en el que se encuentran dichas primeras caras de base (21) y el plano de extremidad común (12) del colimador (1).

5. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 4, caracterizado porque en los compartimentos definidos entre dichas primeras caras de base (21) de cada cristal (20) las superficies adyacentes respectivas de los tabiques (11) de dichos conductos (10) comprendidas entre el plano de situación de las propias primeras caras de base (22) y el plano de extremidad común (12) del colimador (1) está presente un material de guiado óptico (27).

6. Un dispositivo escintigráfico según las reivindicaciones 2, 3 y 4, caracterizado porque dicho material reflectante y difusor ópticamente está constituido por una pintura a base de resina sintética.

7. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha resina sintética está constituida por una resina epoxídica.

8. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos cristales escintiladores individuales (20) y dichos conductos correspondientes (10) tienen una sección correspondiente de forma cuadrada.

9. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho colimador (1) está construido con múltiples módulos de longitud preajustada, el primero (13) de los cuales, opuesto a dicho fotomultiplicador (3)

5 tiene integrada en los respectivos conductos (10) dicha multiplicidad de cristales (20) y estando al menos un módulo consecutivo (14) asociado longitudinalmente de forma correspondiente al extremo opuesto, sujeto y guiado para la perfecta correspondencia de los tabiques (11) por un elemento de camisa exterior (19).

10. Un dispositivo escintigráfico 5 según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento de camisa exterior (19) está hecho de material inerte y esterilizable.

11. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una a pluralidad de fotomultiplicadores (3) posicionados mutuamente adyacentes y porque comprende un único colimador (1) dimensionado para corresponder al área de recepción completa determinada por dicha pluralidad de fotomultiplicadores (3).

12. un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una pluralidad de fotomultiplicadores (3) posicionados mutuamente adyacentes y porque comprende una pluralidad de colimadores correspondientes (15, 16, 17, 18; 115, 116, 117, 118) posicionados mutuamente adyacentes y cada uno de ellos correspondientes en sección a cada uno de dicha pluralidad de fotomultiplicadores.

13. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pluralidad de colimadores

comprende colimadores (150, 160, 170, 170) diferenciados en la anchura del lado del cristal y en la anchura 20 correspondiente del lado del conducto del colimador con relación a uno o más de los colimadores adyacentes.

14. Un dispositivo escintigráfico según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pluralidad de colimadores comprende colimadores diferenciados por la longitud del colimador con respecto a uno o más de los colimadores adyacentes.