Dispositivos para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos.

Un dispositivo para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos que comprende:



un dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS; y

una capa de centelleo aplicada directamente en el dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector depíxeles activos CMOS;

en el que el grosor de la capa de centelleo es mayor que 200 mm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2001/005345.

Solicitante: UNIVERSITY OF LEICESTER.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: UNIVERSITY ROAD LEICESTER, LEICESTERSHIRE LE1 REINO UNIDO.

Inventor/es: FRASER,GEORGE WILLIAM, OTT,ROBERT JOHN, LEES,JOHN ERNEST WYPER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61B6/00 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61B DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de material biológico G01N, p.ej. G01N 33/48). › Aparatos de diagnóstico por radiación, p. ej. combinados con el equipo de radioterapia (instrumentos para la medida de la intensidad de la radiación de aplicación en el campo de la medicina nuclear, p. ej. en vivo cómputo, G01T 1/161; aparatos para la toma de fotografías de rayos X G03B 42/02).
  • G01T1/161 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01T MEDIDA DE RADIACIONES NUCLEARES O DE RAYOS X (análisis de materiales por radiaciones, espectrometría de masas G01N 23/00; tubos para determinar la presencia, intensidad, densidad o energía de una radiación o de partículas H01J 47/00). › G01T 1/00 Medida de los rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas (G01T 3/00, G01T 5/00 tienen prioridad). › Aplicaciones en el campo de la medicina nuclear, p. ej. contado in vivo.
  • G01T1/20 G01T 1/00 […] › con detectores de centelleo.
  • G01T1/202 G01T 1/00 […] › siendo el detector un cristal.
  • G01T1/29 G01T 1/00 […] › Medida efectuada sobre haces de radiaciones, p. ej. sobre la posición o la sección del haz; Medida de la distribución espacial de radiaciones.
  • G01T7/00 G01T […] › Detalles de los instrumentos de medida de las radiaciones.
  • H01L27/14 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › con componentes semiconductores sensibles a los rayos infrarrojos, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas o a la radiación corpuscular, y adaptados para convertir la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien como dispositivos de control de la energía eléctrica por tales radiaciones (componentes sensibles a las radiaciones asociados estructuralmente a una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 31/14; dispositivos de acoplamiento de guías de luz con elementos opto-electrónicos G02B 6/42).
  • H01L31/09 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Dispositivos sensibles a la radiación infrarroja, visible o ultravioleta (H01L 31/101 tiene prioridad).
  • H04N5/32 H […] › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04N TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION. › H04N 5/00 Detalles de los sistemas de televisión (detalles de la exploración o su combinación con la producción de las tensiones de alimentación H04N 3/00; adaptados especialmente para la televisión en color H04N 9/00; servidores especialmente adaptados para la distribución de contenido H04N 21/20; Dispositivos de cliente específicamente adaptados para la recepción de, o interacción con, contenidos H04N 21/40). › Transformación de rayos X.

PDF original: ES-2429033_T3.pdf

 

Dispositivos para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos.

Fragmento de la descripción:

Dispositivos para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos [0001] La presente invención se refiere a dispositivos para la obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos.

La obtención de imágenes de trazadores radiomarcados en tejidos (referida comúnmente como autorradiografía) se ha realizado tradicionalmente usando película para grabar la imagen. El uso de película tiene los 10 inconvenientes de que consume mucho tiempo y tiene un intervalo dinámico limitado y respuesta no lineal. Además, la técnica se limita a la obtención de imágenes de tejidos extirpados.

Una tecnología competidora es la denominada "gammacámara", y comprende una matriz de pequeños tubos fotomultiplicadores equipados con un escintilador de NaI monocristalino. Sin embargo, este 15 dispositivo presenta el inconveniente de que tiene una resolución espacial intrínseca relativamente limitada de aproximadamente 3 a 4 mm. Además, en la práctica el dispositivo necesita un colimador para producir una imagen, que reduce la resolución a aproximadamente de 8 a 15 mm. Otra tecnología competidora usa matrices de semiconductores a temperatura ambiente. Sin embargo, dichas matrices no están disponibles de forma rutinaria y, por lo tanto, son caras. Además, la resolución espacial de dichas matrices no es superior a la obtenida con las gammacámaras.

Karellas y col. (IEEE Transactions on Nuclear Science, 40 (1993) 979) refieren un procedimiento de obtención de imágenes que usa dispositivos de acoplamiento de carga (CCD) y un escintilador de Gd2O2S (Tb) policristalino. El Gd2O2S (Tb) es conocido también como "Gadox". Las imágenes se obtuvieron usando una lente 25 para acoplar el escintilador de Gadox al CCD, es decir, el escintilador estaba separado físicamente del CCD, aunque Karellas y col. no sugieren que pueda ser posible el contacto directo del escintilador con el CCD o el uso de un reductor de fibra óptica para acoplar el escintilador al CCD. Karellas y col. usan capas relativamente finas (< 100 μm) de Gadox, y observan que los problemas de absorción de la luz serían muy importantes si se usan grosores de más de 200 μm aproximadamente. En otras palabras, Karellas y col. dirigen al experto en la materia hacia el uso de capas finas de Gadox. Debe observarse que Karellas y col. no proporcionan cálculos que sugieran que pudiera conseguirse una resolución de energía (LE/E) de entre 0, 08-0, 10 para una energía incidente de 140 keV, pero no proporcionan ninguna indicación de las condiciones experimentales necesarias para conseguir esta resolución de energía. El documento US-603/892 desvela un sistema para la obtención de imágenes de tejidos corporales en el que se usa una placa de centelleo y un CCD para obtener imágenes de tejidos usando una fuente de rayos X.

Los CCD que se aplican directamente con una capa fina (100 μm) de Gadox son conocidos. Dichos dispositivos han sido usados extensamente en aplicaciones odontológicas, específicamente en obtención de imágenes de rayos X intraorales. Sin embargo, dichos dispositivos se usan sólo para imágenes de transmisión con rayos gamma de baja energía (25 a 40 keV) y no son adecuadas para la obtención de imágenes de rayos gamma de alta energía como, por ejemplo, emisión de rayos gamma de 140, 5 keV a partir de 99mTc.

La presente invención supera los problemas y desventajas mencionados anteriormente, y proporciona un dispositivo de alto rendimiento y bajo coste capaz de obtener imágenes de captación de pequeños volúmenes de radionucleidos (como 99mTc) en tejidos. Se consigue alto rendimiento en términos de resolución espacial y resolución 45 de energía. Además, es posible obtener imágenes in vivo.

Según un primer aspecto de la invención se proporciona un dispositivo para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos que comprende:

un dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS; y

una capa de centelleo aplicada directamente en el dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS;

en el que el grosor de la capa de centelleo es mayor que 200 μm, o preferentemente mayor que 400 μm, con la máxima preferencia de aproximadamente 500 μm.

El uso de una capa relativamente gruesa de escintilador que está en contacto directo con el CCD o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS facilita altas tasas de recuento, y permite conseguir una excelente resolución de energía en el intervalo 30-160 keV (aunque este intervalo no debería considerarse limitativo) . Este hecho resulta sorprendente, especialmente considerando que Karellas y col. predicen que se encontrarían problemas si se usan capas gruesas. Es posible una resolución espacial submilimétrica. Además, el dispositivo es cómodo y económico de producir.

La capa de centelleo puede comprender un luminóforo de tierras raras, que puede comprender Gd, y puede comprender unidades de Gd2O2S. El luminóforo de tierras raras puede ser de Gd2O2S (Tb) o Gd2O2S (Pr, Ce, F) .

La capa de centelleo puede comprender CsI.

La capa de centelleo se aplica directamente en el dispositivo.

El dispositivo puede comprender además un colimador. El colimador puede ser una máscara de 15 abertura codificada.

El dispositivo puede comprender además un medio para hacer funcionar el dispositivo en modo de recuento de fotones.

Según un segundo aspecto de la invención se proporciona un aparato para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos a partir de una fuente según la reivindicación 13.

Trabajando en un modo de recuento de fotones el aparato de obtención de imágenes posee una resolución de energía excelente.

El aparato puede comprender un dispositivo según el primer aspecto de la invención.

A continuación se describirán dispositivos de acuerdo con la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la fig. 1 muestra a) un dispositivo según la invención y b) un colimador;

la fig. 2 muestra (a) una imagen obtenida por exposición de un dispositivo de la presente invención a una fuente de241Am y (b) una sección transversal a través de la imagen obtenida mostrada en (a) ;

la fig. 3 muestra un diagrama de bloques de un aparato de obtención de imágenes de acuerdo con una forma de realización adicional de la invención; y

la fig. 4 muestra las distribuciones de intensidad (a) incidente y (b) medida para la imagen de la fig. 3.

Se recubre un CCD estándar 10, por ejemplo una matriz de 684 x 456 de píxeles de 43 μm, con una capa de 500 μm de Gadox 12. Las metodologías de recubrimiento son bien conocidas para la producción de dispositivos CCD que tienen una capa de 100 μm de grosor de Gadox, y pueden usarse para proporcionar una capa de 500 μm de grosor. Sobre la capa de Gadox se dispone un colimador 14 que tiene una pluralidad de aberturas 16.

El tamaño de las aberturas es el factor principal que determina la resolución espacial del dispositivo. Normalmente, se usan colimadores que tienen aberturas de aproximadamente 500 μm de diámetro, aunque es posible usar aberturas mayores o menores según se desee. El colimador puede ser fijo o separable. En el segundo caso, es posible proporcionar un único dispositivo que tenga una serie de colimadores asociados de diferente tamaño de abertura. De esta forma, la resolución espacial del dispositivo puede modificarse según lo desee el usuario. Puede 50 usarse una abertura codificada. Dichas máscaras son bien conocidas para los expertos en la materia, y permiten tres correspondencias dimensionales del área radiomarcada por reconstrucción de imagen. Dichas máscaras pueden tener un patrón aleatorio o fijo que puede comprender una configuración de aberturas circulares, cuadradas o de forma diagonal.

El dispositivo se hace funcionar por un medio de control (no mostrado) que suministra potencia al dispositivo y mide la salida del dispositivo. Preferentemente, el dispositivo se hace funcionar en modo de recuento de fotones. Es posible refrigerar el dispositivo, por ejemplo, mediante refrigeración Peltier. Dichas técnicas operativas son bien conocidas para los expertos en la materia.

Con radionucleidos de 99mTc (que producen rayos gamma de 140, 5 keV de energía) , son posibles resoluciones de energía LE/E de 0, 04, con al mismo tiempo una resolución espacial de 0, 3-0, 4 mm.

La fig. 3 muestra un diagrama de bloques de una forma de realización de un aparato según la 5 presente invención. El aparato se muestra en una configuración experimental para determinar la resolución del aparato pero podría proporcionar igualmente una imagen... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos que comprende: 5 un dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS; y

una capa de centelleo aplicada directamente en el dispositivo de acoplamiento de carga o dispositivo de detector de píxeles activos CMOS;

en el que el grosor de la capa de centelleo es mayor que 200 μm.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1 en el que el grosor de la capa de centelleo es mayor que 400 μm.

3. Un dispositivo según la reivindicación 1 en el que el grosor de la capa de centelleo es de aproximadamente 500 μm.

4. Un dispositivo según la reivindicación 1 ó 2 ó 3 en el que la capa de centelleo comprende un luminóforo de tierras raras. 20

5. Un dispositivo según la reivindicación 4 en el que el luminóforo de tierras raras comprende Gd.

6. Un dispositivo según la reivindicación 5 en el que el luminóforo de tierras raras comprende unidades

de Gd2O2S. 25

7. Un dispositivo según la reivindicación 6 en el que el luminóforo de tierras raras es Gd2O2 (Tb) .

8. Un dispositivo según la reivindicación 6 en el que el luminóforo de tierras raras es Gd2O2S (Pr, Ce, F) .

9. Un dispositivo según la reivindicación 1 ó 2 ó 3 en el que la capa de centelleo comprende CsI.

10. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además un colimador.

11. Un dispositivo según la reivindicación 10 en el que el colimador comprende una máscara de abertura codificada.

12. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además un medio para hacer funcionar el dispositivo en modo de recuento de fotones. 40

13. Un aparato para obtención de imágenes de emisiones de radionucleidos a partir de una fuente, comprendiendo el aparato:

un dispositivo de detector de píxeles de estado sólido; 45 un escintilador aplicado directamente en el dispositivo de detector de píxeles;

un circuito de tratamiento de señales acoplado para recibir una salida del dispositivo de detector de píxeles, siendo el circuito de tratamiento de señales configurable para funcionar en modo de recuento de fotones; y 50 en el que el grosor del escintilador es mayor que 200 μm.

14. Un aparato según la reivindicación 1 en el que el grosor de la capa de centelleo es mayor que 400 μm.

15. Un aparato según la reivindicación 1 en el que el grosor de la capa de centelleo es de aproximadamente 500 μm.

16. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14 ó 15, en el que el dispositivo de detector de píxeles de estado sólido comprende un dispositivo de acoplamiento de carga o un dispositivo de detector de

píxeles activos CMOS.

17. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16 en el que el circuito de tratamiento de

señales es configurable para funcionar en modo de recuento de fotones estableciendo una tasa de lectura para el 5 dispositivo de detector de píxeles inferior a un valor predeterminado.

18. Un aparato según la reivindicación 17 en el que el valor predeterminado no es superior a 1 segundo.

19. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que el escintilador tiene un 10 grosor de al menos 400 micrómetros.

20. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, que comprende además un medio de refrigeración para enfriar el detector de píxeles activos.

21. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20 que comprende además una máscara de abertura codificada.


 

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