Ultra-dense ceramic scintillator for BrainPET scanner

用于 BrainPET 扫描仪的超致密陶瓷闪烁体

基本信息

  • 批准号:
    10761208
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-04 至 2024-08-03
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary Positron emission tomography (PET) is a powerful tool for imaging a wide range of biological processes in vivo and for detecting and monitoring human disease, as well as an important technique in neuroscience research. For human brain studies, PET offers a sensitive and noninvasive window into brain metabolism and neurochemistry, providing information from living human subjects that cannot be obtained using any other technique. The key characteristics of brain PET are spatial resolution and sensitivity. Brain PETs with a spatial resolution approaching 1 mm at the center of the field-of-view (FOV) are under development using LYSO or LSO scintillators, which are the currently available scintillators that can provide the best overall performance. However, to obtain a high sensitivity, which strongly affects the quantitative precision of PET imaging, L(Y)SO with a thickness of around 20 mm is widely used. The first and the major drawback of using the thick L(Y)SO crystal is the parallel error, which decreases the spatial resolution off the center of the FOV. Depth-of-Interaction (DOI) information can be used to improve spatial resolution off the center of the FOV, however, the best DOI resolution from 20 mm thick L(Y)SO is ~2.0 mm obtained using the dual-ended readout, which is not good enough. The second drawback of the L(Y)SO is the high cost. For most scanners, the L(Y)SO cost is half of the total scanner cost. The performance of brain PET scanners can be improved using a new scintillator based on Lu2O3 (LO), which has a higher density (9.4 vs. 7.4 g/cm3 for LSO) and higher effective Z (68 vs. 65 for LSO). When doped with La3+ and Yb3+, it exhibits an ultra-fast rise time (<0.6ns) combined with prompt charge transfer luminescence with decay time of 1.7 ns, giving timing resolution (TR) of 180 ps FWHM. The energy resolution at 511 keV is better than 10% (>10% for LYSO), due to the good light yield from slower components (<20,000 ph/MeV) and good proportionality (better than for LYSO). Hence, LO:La,Yb can be an excellent choice for a brain PET scanner requiring high sensitivity and high spatial resolution. The LO is produced using ceramic methods which may also have an edge over the crystal growth methods in terms of cost of manufacturing. Therefore, for this project, we propose to 1) optimize the LO:La,Yb and its manufacturing for high-resolution and high-sensitivity brain PET applications, 2) optimize LO:La,Yb based PET detector for brain PET through experimental evaluation, and 3) to estimate the performance of a full brain PET system based on these results through GATE Monte Carlo simulations and benchmark it against LYSO system.
概括 正电子发射断层扫描(PET)是对广泛生物学成像的强大工具 体内过程,检测和监测人类疾病以及重要 神经科学研究的技术。对于人类脑研究,PET提供了敏感的和 无创的窗口进入大脑代谢和神经化学,提供生活的信息 无法使用任何其他技术获得的人类受试者。关键特征的 脑宠物是空间分辨率和灵敏度。空间分辨率接近的脑宠物 使用Lyso或LSO正在开发视野(FOV)中心的1毫米 闪光灯是当前可用的闪光灯,可以提供最佳的整体 表现。但是,要获得高灵敏度,这强烈影响定量 PET成像的精度为l(y),因此厚度约为20毫米。 使用厚L(y)的第一个和主要缺点,因此晶体是平行误差, 降低了FOV中心的空间分辨率。相互作用深度(DOI)信息 可用于改善FOV中心的空间分辨率,但是最好的DOI 从20毫米厚的L(y)分辨率,使用双端读数获得了〜2.0毫米, 不够好。 L(Y)的第二个缺点也很高。对于大多数扫描仪, l(y)因此成本是总扫描仪成本的一半。 可以使用基于新的闪光灯来改善大脑宠物扫描仪的性能 LU2O3(LO),密度较高(LSO为9.4 vs. 7.4 g/cm3)和较高的有效Z(68 vs。 65对于LSO)。当用La3+和Yb3+掺杂时,它表现出超快速的上升时间(<0.6NS)合并 通过迅速的充电传输发光,衰减时间为1.7 ns,得出时间分辨率(TR) 180 ps fwhm。 511 KEV处的能量分辨率大于10%(对于Lyso> 10%) 较慢的组件(<20,000 pH/meV)和良好的比例(优于较低的零件)(更好) Lyso)。因此,LO:LA,YB可能是需要高的脑PET扫描仪的绝佳选择 灵敏度和高空间分辨率。 LO是使用陶瓷方法生产的 就制造成本而言,也比晶体生长方法具有优势。 因此,对于这个项目,我们建议1)优化LO:LA,YB及其制造业 高分辨率和高敏性脑宠物应用,2)优化LO:LA,基于YB的PET 通过实验评估检测脑PET的检测器,3)估计 通过门蒙特卡洛模拟和 对其进行基准与Lyso系统进行基准测试。

项目成果

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