Low cost and high performance time-of-flight PET detectors

低成本、高性能飞行时间 PET 探测器

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract There is a major push to substantially improve the sensitivity of positron emission tomography (PET) with systems comprising increased crystal volume and detectors with fast timing capabilities to better exploit 511 keV photon localization with time-of-flight PET (TOF-PET). For these efforts, there is a vital need for advances in TOF-PET detector technologies that provide excellent coincidence time resolution (CTR) and 511 keV photon detection efficiency at reduced cost. To address this, we propose to leverage novel readout electronics that optimize the single photon response shape and single photon time resolution (SPTR) of silicon photomultipliers (SiPMs) to accurately estimate 511 keV photon time of interaction with the mixed Cherenkov/luminescence (MCL) yield from bismuth germinate (BGO). SPTR does not strongly influence CTR for fast and bright scintillators, such as lutetium orthosilicate scintillators (LSO/LYSO). However, a moderate Cherenkov yield mixed with a weak luminescence response creates a more unique scenario where SPTR and single photon response shape play a major role in achievable CTR. With our electronic readout, <285 ps FWHM CTR is achievable for long and narrow BGO crystal elements suitable for clinical PET detectors. This is equivalent to CTR achieved by state-of-the-art (SoA) commercial PET detectors. The novel signal multiplexing strategies we propose to develop will allow us to maintain SoA CTR performance in large area detector modules at the same or reduced channel density than conventional TOF-PET detector designs. BGO is an extremely economical detector material, with a cost that is 4-to-5 fold lower than the standard LSO/LYSO scintillators used in all modern TOF-PET systems. We will develop TOF-PET detector modules with associated front-end signal processing and digital readout electronics. The technology will be ready for “plug-and-play” integration into reduced cost clinical TOF-PET systems and those that aim to explore ultra-sensitive PET systems with increased detection volume at reduced cost. The proposed PET detector technologies can have a significant impact on quantitative PET imaging. The image signal-to-noise-ratio enabled by the enormous boost in counts from high sensitivity PET systems can be employed to substantially reduce tracer dose and shorten scan time/increase patient throughput, or to better visualize and quantify smaller lesions/features in the presence of significant background, which are important features that can make PET more practical and lower cost, as well as help to expand its roles in patient management.
项目摘要/摘要 有一个重大的推动,可以实质上提高正电子发射断层扫描(PET)的灵敏度 完成具有快速计时功能的晶体量增加的系统,以更好地利用511 用飞行时间宠物(TOF-PET)定位的KeV光子定位。对于这些努力,至关重要的进步需要 在TOF-PET探测器技术中,提供出色的巧合时间分辨率(CTR)和511 KEV 光子检测效率以降低的成本。为了解决这个问题,我们建议利用新颖的读数电子设备 优化硅的单个光子响应形状和单光子时间分辨率(SPTR) 光电塑料(SIPM)准确估计与混合的相互作用的511 KEV光子时间 Cherenkov/Luminence(MCL)产生的bismuth发芽(BGO)。 SPTR不会强烈影响CTR 用于快速,明亮的闪光灯,例如扁叶硅酸盐闪光闪烁体(LSO/Lyso)。但是,一个现代 Cherenkov产生与弱发光响应混合的产生更独特的情况 单光子响应形状在可实现的CTR中起主要作用。通过我们的电子读数,<285 PS FWHM CTR可用于适合临床宠物探测器的长和狭窄的BGO晶体元件。这是 相当于最先进的商业宠物探测器实现的CTR。新型信号多路复用 我们建议开发的策略将使我们能够在大面积检测器中保持SOA CTR性能 与常规TOF-PET探测器设计相比,模块在相同或降低的通道密度上。 Bgo是一个 非常经济的探测器材料,其成本比标准LSO/Lyso低4到5倍 所有现代TOF-PET系统中使用的闪光灯。我们将开发与相关的TOF-PET检测器模块 前端信号处理和数字读数电子设备。该技术将准备好进行“插件” 集成到降低的成本临床TOF-PET系统以及旨在探索超敏感PET的系统的系统中 检测量增加的系统以降低的成本。拟议的宠物探测器技术可以拥有 对定量PET成像的重大影响。巨大的图像信号对噪声比例 可以雇用高灵敏度宠物系统的计数来大大减少示踪剂剂量和 缩短扫描时间/增加患者吞吐量,或者更好地可视化和量化较小的病变/特征 具有重要背景的存在,这是重要的特征,可以使宠物更加实用和更低 成本,并有助于扩大其在患者管理中的作用。

项目成果

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