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Il gamma imaging in medicina nucleare è un insieme di tecniche che permette di ottenere immagini dalla rivelazione di fotoni gamma emessi dai radionuclidi usati in questo ambito. Queste tecniche prevedono l'utilizzo di rivelatori composti da cristalli scintillanti letti da fotomoltiplicatori sensibili alla posizione, come i Position Sensitive – Photomultiplier Tube (PS-PMT). Un'alternativa ai PS-PMT è rappresentata da fotomoltiplicatori a semiconduttore, denominati Silicon Photomultiplier (SiPM). Questi hanno lo stesso guadagno dei PS-PMT (~106) che comporta un ottimo rapporto segnale rumore, ma sono più compatti, insensibili ai campi magnetici ed hanno una risposta molto veloce (~30ps), che li rende ideali in tecniche in cui è necessario conoscere con precisione l'informazione temporale dell'evento.

In questo lavoro ho contribuito alla messa a punto e alla caratterizzazione di un rivelatore innovativo per gamma imaging con elevate prestazioni in termini di risoluzione spaziale in tre dimensioni. Il particolare disegno adottato per la rivelazione dei fotoni consente di ottenere informazioni sulla profondità di interazione (Depth Of Interaction - DOI), migliorando così la precisione complessiva del dispositivo di imaging. Il rivelatore proposto è costituito da un cristallo scintillatore di LYSO con pareti laterali nere di dimensioni 2 cm x 2 cm x 1 cm letto sulle superfici maggiori da matrici di SiPM, ciascuna costituita da 4x4 SiPM di 4 mm x 4 mm; il segnale da essi registrato viene letto e processato da circuiti integrati ed inviato ad un computer. Il sistema è stato caratterizzato tramite un fascio collimato (Ø 1 mm)di fotoni da 511 keV emessi da una sorgente di Na 22. Le facce del cristallo sono state scansionate tramite un sistema di traslatori gestiti da computer per ottenere le informazioni spaziali tridimensionali. La posizione di interazione sul piano dei fotorivelatori (piano X-Y) è stata ottenuta usando la logica di Anger, che si basa sulla media pesata dei segnali in carica generati dai SiPM. L'informazione relativa alla DOI (coordinata Z) è stata ottenuta usando la formula

dove D è lo spessore del cristallo, mentre NT1 ed NT2 sono rispettivamente il numero di SiPM che hanno registrato un segnale nelle superfici superiore ed inferiore.

I risultati ottenuti mostrano che il dispositivo ha una risoluzione spaziale di circa 2 mm (FWHM) sul piano dei fotorivelatori. È stato inoltre dimostrato che è possibile ottenere informazioni relative alla profondità di interazione tramite la formula descritta in precedenza. Questa tecnica dà risultati in accordo con le posizioni del fascio, anche se l'incertezza è elevata. Tuttavia il rivelatore proposto è un prototipo, ed i risultati ottenuti sono soggetti a limitazioni geometriche. È infatti in fase di realizzazione un ulteriore prototipo in cui è previsto l'uso di matrici di SiPM con pixel di dimensioni inferiori, che migliora la risoluzione spaziale sul piano X-Y e la stima della DOI, e cristalli più grandi per diminuire gli effetti di bordo.