A Trapezoidal, Slat Crystal PET Detector for Multimodality PET Imaging

用于多模态 PET 成像的梯形板条晶体 PET 探测器

基本信息

  • 批准号:
    8308188
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-04-01 至 2014-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The principle objective of this proposal is to develop a high resolution, high detection efficiency positron emission tomography (PET) detector with depth-of-interaction (DOI) positioning that will also support multi-modality imaging (e.g., PET/MR). This detector design can be scaled to support imaging applications from mice to man. The key design features of this PET detector are the use of trapezoidal, salt crystals (TSC) and a maximum likelihood positioning method that we call statistics based positioning (SBP). In addition to the unique crystal geometry, the design will utilize silicon photomultiplier (SiPM) arrays. SiPMs are Geiger-mode avalanche photodiode devices that have very attractive performance characteristics for PET detectors, especially for PET-MR applications. In this R21 proposal, we will investigate a design tailored for small animal PET imaging. The design will support <0.8 mm image resolution and >15% absolute detection efficiency. It is envisioned that the detectors developed under this proposal will eventually be used to fabricate a very compact PET detector ring that will be compatible with operation in high field (e.g., >4.7T) MR systems. For this prototype work the TSC PET detector dimensions will be designed for a system inner ring diameter of ~6.0 cm. This diameter will support dedicated PET and PET/MR whole body mouse and rat brain imaging. The net result of this work is the development and evaluation of a new PET detector design that will provide state of the art imaging performance capabilities and that can be used as part of a compact, stand alone PET system or as part of a multi-modality imaging system (e.g., PET/MR). We believe that this design will provide an outstanding balance between performance and cost and that the design will be translatable to commercial adaptation. This proposal builds upon the previous work of the investigators developing high resolution discrete crystal PET detectors and high resolution monolithic crystal PET detectors. This new design synergistically brings together the inherent strengths of both methods, that is, modularity and excellent spatial resolution control (discrete crystals) and lower fabrication costs and inherent DOI positioning capability using single-sided readout (continuous crystals). The design is scalable to support ultra-high resolution small animal imaging; high resolution organ specific imaging; and whole-body PET imaging. In addition, this project will add to the knowledge based on how to optimize the use of SiPM devices for nuclear medicine imaging detector applications. Two specific areas in which this work will contribute are developing SiPM signal multiplexing techniques to optimize performance versus cost and developing temperature control strategies and temperature/gain dependent calibration procedures for SiPM devices. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: The overall goal of this proposal is to develop technology that will be used to advance the biological applications of PET and multi-modality PET imaging. PET is a very important imaging modality for both clinical and research applications (e.g., oncology, cardiology, neurology, drug development, biodistribution studies, cell trafficking, etc.). Further great synergism has been demonstrated when it is combined with a high resolution anatomic imaging modality (e.g., PET/CT or PET/MR). The key component of any PET system is the detector design. In this proposal, we introduce a new trapezoidal, slat crystal (TSC) PET detector that is scalable between small animal imaging and human whole body imaging. We believe that this design will provide state of the art imaging performance and an economical price point such that the design will be translatable to commercial production. Therefore while the focus of this proposal is on a specific PET detector design, the far reaching goal of this work is to develop PET imaging technology that will aid in the battle against human disease.
描述(由申请人提供):该提案的主要目的是开发高分辨率,高检测效率的排放层析成像(PET)检测器,并具有相互作用(DOI)的定位,这也将支持多模式成像(例如PET/MR)。该检测器设计可以缩放以支持从小鼠到人的成像应用。该宠物探测器的关键设计特征是使用梯形,盐晶体(TSC)和我们称为基于统计的定位(SBP)的最大似然定位方法。除了独特的晶体几何形状外,设计还将利用硅光电塑料(SIPM)阵列。 SIPMS是Geiger模式雪崩光电二极管设备,具有宠物探测器非常有吸引力的性能特征,尤其是对于PET-MR应用。在此R21提案中,我们将研究针对小动物宠物成像的设计。该设计将支持<0.8 mm的图像分辨率和> 15%的绝对检测效率。可以预见的是,根据该提案开发的探测器最终将用于制造非常紧凑的宠物探测器环,该环将与高场(例如> 4.7T)MR系统兼容。对于此原型工作,TSC PET检测器尺寸将针对系统内环直径约为6.0 cm设计。该直径将支持专用的PET和PET/MR全身小鼠和大鼠脑成像。这项工作的最终结果是对新的宠物探测器设计的开发和评估,该设计将提供最先进的成像性能能力,并且可以用作紧凑型,独立宠物系统或作为多模式成像系统的一部分(例如PET/MR)的一部分。我们认为,这种设计将在性能和成本之间提供出色的平衡,并且该设计将可以翻译成商业适应。该提案建立在研究人员先前的工作基础上,开发了高分辨率离散的晶体宠物探测器和高分辨率整体晶体宠物探测器。这种新的设计协同汇总了两种方法的固有优势,即模块化和出色的空间分辨率控制(离散晶体)和降低的制造成本 以及使用单面读数(连续晶体)的固有DOI定位能力。该设计可扩展以支持超高分辨率小动物成像;高分辨率器官特定成像;和全身宠物成像。此外,该项目将根据如何优化使用SIPM设备用于核医学成像检测器应用的知识增加知识。这项工作将贡献的两个特定领域是开发SIPM信号多路复用技术,以优化性能与成本以及开发温度控制策略以及SIPM设备的温度/增益依赖性校准程序。 公共卫生相关性:该提案的总体目标是开发技术,该技术将用于推动宠物和多模式宠物成像的生物学应用。 PET是针对临床和研究应用的非常重要的成像方式(例如肿瘤学,心脏病学,神经病学,药物开发,生物分布研究,细胞运输等)。当它与高分辨率的解剖成像方式(例如PET/CT或PET/MR)结合使用时,已经证明了进一步的伟大协同作用。任何宠物系统的关键组成部分是检测器设计。在此提案中,我们引入了一种新的梯形,板条晶体(TSC)宠物探测器,该宠物探测器在小动物成像和人类全身成像之间具有可扩展性。我们认为,这种设计将提供最先进的成像性能和经济的价格点,从而可以将设计转换为商业生产。因此,尽管该提案的重点是特定的宠物探测器设计,但这项工作的遥远目标是 是开发宠物成像技术,将有助于与人类疾病进行斗争。

项目成果

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