Design and Development of SyMPET: System on chip Modular readout for high-resolution TOF-PET

SyMPET 的设计和开发:用于高分辨率 TOF-PET 的片上系统模块化读出

基本信息

  • 批准号:
    10385669
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 26.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-30 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Nalu Scientific LLC (NSL) proposes to develop and optimize the design of a SiPM-based, low-power, high channel density, waveform-digitizing readout microchip for TOF-PET that will increase image quality and provide more accurate and precise quantization for PET brain imaging, with the potential to significantly improve early diagnosis of neurodegenerative disease while also allowing greater flexibility in the development of personalized patient imaging strategies. NSL’s patented waveform-digitizing “System on Chip” readout ASIC technology has the potential to substantially improve TOF-PET imaging from its current state. During Phase I, we will build on the prior experience and knowledge we have gained using NSL’s technology in developing state-of-the-art high energy and nuclear physics detectors to substantially improve PET imaging readout systems through increased SNR, image contrast and quality, reduced exposure times/dose, and reduced system cost to drive broad acceptance. These improvements will initially focus on brain PET imaging but can be expanded to whole-body systems. We will leverage NSL’s existing portfolio of low-power, low-cost WFD ASIC designs, already proven to work in large particle physics detectors, to implement a PET-specific WFD ASIC optimized for brain PET scanners but equally applicable to whole-body. We will initially develop detailed analytic modeling of light production and transport in scintillating crystals, along with realistic Monte Carlo simulations of sensor and readout electronics in order to derive baseline technical specifications for both a fully optimized TOF-PET WFD readout chip as well as a “bare-bones” implementation substantially based on circuit design elements derived from one or more existing NSL chip designs. NSL’s “System on Chip” WFD architecture, with fully random accessible analog storage, input triggering, and on-chip control capability, allows for a number of highly effective mechanisms to cope with design issues such as e.g., throughput, speed, and buffer length, will be crucial to optimize in the technical specification of a WFC ASIC which meets performance goals while simultaneously fulfilling the stringent constraints on physical and other characteristics such as size, weight, power, and cost that will be required in any realistic TOF-PET system. We will collaborate with Dr. Hamid Sabet (Harvard) to define a realistic full signal chain + readout model and subsequently evaluate its results to generate ASIC technical specifications and architectural design for a substantially improved WFD readout ASIC for TOF-PET systems relative to the current state of the art.
项目摘要 NALU Scientific LLC(NSL)的提案,以开发和优化基于SIPM的设计的设计 低功率,高通道密度,波形数字化读数微芯片,用于TOF-PET 提高图像质量并为PET大脑提供更准确,更精确的量化 成像,有可能显着改善神经退行性疾病的早期诊断 同时还允许在个性化患者成像的开发中更灵活 策略。 NSL获得专利的波形数字“芯片上的系统” ASIC技术已有 从其当前状态中实质上改善TOF-PET成像的潜力。在第一阶段, 我们将基于使用NSL的技术获得的先前经验和知识 开发最先进的高能量和核物理探测器以实质上改善 通过增加的SNR,图像对比和质量,宠物成像读数系统降低 暴露时间/剂量以及降低的系统成本以推动广泛接受。这些 最初的改进将集中在脑宠物成像上,但可以扩展到全身 系统。我们将利用NSL现有的低功率,低成本WFD ASIC设计组合, 已经被证明可以在大型粒子物理探测器中起作用,以实施特定于PET的WFD ASIC针对脑PET扫描仪进行了优化,但同样适用于全身。我们最初会 开发了闪烁晶体中光生产和运输的详细分析建模, 使用传感器和读取电子设备的逼真的蒙特卡洛模拟,以得出 完全优化的TOF-PET WFD读数芯片的基线技术规格 作为基于电路设计元素的“裸机”实现 一个或多个现有的NSL芯片设计。 NSL的“芯片系统” WFD体系结构,充分 随机可访问的模拟存储,输入触发和芯片控制功能,可以 高效机制数量,以应对诸如吞吐量的设计问题 速度和缓冲长度对于在WFC ASIC的技术规范中优化至关重要 在同时履行严格的约束的同时,达到了绩效目标 物理和其他特征,例如大小,重量,力量和成本 任何现实的TOF-PET系统。我们将与Hamid Sabet博士(哈佛)合作定义 现实的完整信号链 +读数模型,然后评估其结果以生成 ASIC技术规格和建筑设计,可实质上改进的WFD读数 ASIC用于TOF-PET系统相对于当前的最新状态。

项目成果

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