I cristalli rivelatori

Il progressivo incremento delle indicazioni cliniche alle indagini PET in oncologia ha determinato un crescente interesse da parte delle industrie nel ricercare innovazioni tecnologiche che consentissero di ridurre i tempi di acquisizione delle immagini emissive e trasmissive. A tale scopo sono stati realizzati ed impiegati nuovi cristalli rivelatori, quali l'ossiortosilicato di lutezio (LSO) e l'ossiortosilicato di gadolinio (GSO), che presentano una efficienza più elevata rispetto al germanato di bismuto (BGO). È stato anche proposto di effettuare l'acquisizione delle immagini emissive in 3D, con significativa riduzione dei tempi rispetto all'acquisizione in 2D. Per ovviare agli aspetti negativi della acquisizione in 3D rappresentati dal notevole aumento dello scattering, si è provveduto a ridurre la componente di scatter e random già a livello di acquisizione e quindi a garantire una buona qualità delle immagini grazie anche a sofisticati ma rapidi programmi elaborativi.

Un'area di intenso sviluppo si è rivelata quella dei cristalli scintillatori. In tabella 1 sono riassunte alcune delle principali caratteristiche tecniche degli scintillatori utilizzati nei sistemi PET (NaI(Tl), BGO, BaF2, GSO, LSO).

• Una elevata densità garantisce un elevato potere di frenamento alle radiazioni di 511 keV e pertanto una elevata efficienza di rivelazione. Un elevato potere di frenamento permette anche di impiegare cristalli di piccole dimensioni e quindi di migliorare la risoluzione spaziale.
• Una elevata efficienza di scintillazione, combinata ad una buona risoluzione energetica intrinseca del cristallo, si riflette in una buona risoluzione energetica del sistema di rivelazione, che permette di restringere la finestra energetica di acquisizione e quindi di meglio discriminare la componente di radiazione diffusa. Restringendo la finestra di acquisizione (in particolare alzando la soglia inferiore), si riduce anche il numero di eventi singoli rivelati e di conseguenza anche la quantità di coincidenze casuali, che come le coincidenze di radiazione diffusa, costituiscono un contributo di rumore nelle immagini PET e richiedono opportuna correzione.
• Una rapida scintillazione (descritta da una breve costante di tempo di scintillazione) consente la formazione di segnali che, opportunamente processati, risultano di breve durata temporale. Questo si traduce in un basso tempo morto del sistema e quindi in buone prestazioni in termini di frequenza di conteggio. Inoltre, la rapidità iniziale di scintillazione influenza la risoluzione temporale (incertezza dell'istante di rivelazione), da cui dipende la scelta della ampiezza della finestra temporale di coincidenza e quindi la quantità di coincidenze casuali rivelate.

Il confronto delle caratteristiche dei cristalli scintillatori in tabella, mostra come lo scintillatore ideale in PET dovrebbe avere la densità del BGO e l'efficienza di scintillazione dello NaI(Tl) e come i più nuovi cristalli GSO e LSO siano promettenti per applicazioni PET.

Tabella: Caratteristiche di cristalli scintillatori usati in PET

	NaI(Tl)	BGO	LSO	GSO
Densità $g/cm^3$	3.67	7.1	7.4	6.71
Eff. scint.%	100	15	75	30
Cost.decad. ns	230	300	40	60
Igroscopico	Si	No	No	no