Fast scintillators e loro applicazioni
Nella lotta contro il cancro, migliorare le prestazioni dei rivelatori è cruciale per aumentare l'accuratezza diagnostica e ottimizzare il monitoraggio terapeutico. Gli attuali sistemi SPECT clinici si basano prevalentemente su cristalli di NaI(Tl), i quali, nonostante i loro vantaggi, soffrono di prestazioni limitate nel rateo di conteggio a causa dei lunghi tempi di decadimento della scintillazione. Il nostro obiettivo è affrontare questa limitazione sviluppando una classe innovativa di scintillatori plastici drogati con elementi ad alto Z. Questi materiali combinano la rapida risposta temporale degli scintillatori organici con una migliorata efficienza di rivelazione dei raggi gamma attraverso un'aumentata probabilità di interazione fotoelettrica."
La nostra ricerca si è concentrata sulla sintesi di nuovi fluorofori organici per fabbricare scintillatori plastici drogati con vari elementi ad alto Z—inclusi Bismuto, Cerio, Piombo ed Erbio—con concentrazioni fino al 10%. I prototipi risultanti mostrano caratteristiche promettenti in termini di trasparenza ottica, omogeneità del drogaggio, resa di luce (light yield) e prestazioni temporali, raggiungendo livelli comparabili con gli standard commerciali. Inoltre, abbiamo esplorato diverse tecniche di fabbricazione, tra cui la polimerizzazione all'interno di stampi di materiali diversi (PE, PTFE, metallo) e l'uso di resina stampata in 3D come substrato dello scintillatore.
Questi nuovi rivelatori sono al centro di due progetti paralleli. Il primo riguarda lo sviluppo di un rivelatore SPECT di nuova generazione, in cui gli scintillatori drogati vengono polimerizzati direttamente nei fori di una matrice di tungsteno stampata in 3D che funge anche da collimatore, con la lettura del segnale (readout) eseguita da sensori CMOS affiancati (tiled) per garantire un'ottimale risoluzione temporale e modularità del sistema. Inoltre, matrici FPGA saranno montate sul retro del rivelatore per eseguire la pre-elaborazione dei dati.
Il secondo progetto mira a progettare un dosimetro portatile compatto su misura per pazienti con cancro alla prostata metastatico resistente alla castrazione (mCRPC) sottoposti a terapia radio-metabolica con Lu-177-PSMA-617. Il dispositivo è progettato per ricavare la curva di washout del radiofarmaco senza richiedere scansioni SPECT multiple, il che è cruciale per i pazienti che accusano dolore o hanno limitazioni di mobilità. L'obiettivo è la determinazione dei parametri radio-metabolici specifici del paziente per personalizzare la prescrizione, ottimizzando così l'efficacia della terapia.
Development of fast scintillators
2020
- R. Mirabelli, et al Tops project: Development of new fast timing plastic scintillators (2020) Nuovo Cimento della Societa Italiana di Fisica C, 43