Innovative Silicon Photomultiplier Technologies for Small-Animal PET

用于小动物 PET 的创新硅光电倍增技术

基本信息

  • 批准号:
    9287788
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-07-01 至 2019-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Preclinical positron emission tomography (PET) has become a widely used tool in biomedical research, particularly in the evaluation of new therapeutics. Hundreds of scanners are installed across the world in major medical research centers and within pharmaceutical companies. For a variety of reasons, however, the performance of these systems falls well short of what can theoretically be achieved. This has two important consequences. Firstly, the quantitative potential of current studies of radiopharmaceutical kinetics and uptake is undermined by limited spatial resolution (reducing accuracy) and limited sensitivity (reducing precision). Secondly, important applications for preclinical PET, for example metabolic imaging in gray matter structures in the mouse brain or studies of low abundance protein targets, such as TSPO receptor expression in chronic inflammation, are just out of the reach of current instruments. The goal of this proposal is to develop a pathway towards small-animal PET scanners that can come as close as possible to the theoretical limits of spatial resolution and sensitivity imposed by fundamental physics and the properties of available detector materials. Building on 15 years of development of increasingly high resolution detectors for small-animal PET, recent advances in realizing dual-ended detectors that can also simultaneously provide high sensitivity and combining these with highly innovative silicon photomultiplier (SiPM) photodetectors, we propose a design that will lead to detector modules with unprecedented performance for small-animal PET applications. Specifically, we will develop fully-engineered detector modules suitable for close packing in a preclinical PET scanner geometry that will support better than 0.6 mm reconstructed spatial resolution, an average sensitivity of >10% across the whole body of a mouse, depth-of-interaction resolution < 3 mm, timing resolution < 3 ns and energy resolution < 30%. We will develop the electronics and software to efficiently read out these modules with no significant degradation in performance and integrate them into the open source OpenPET libraries for access by the entire nuclear medical imaging community. Lastly, we will use experimental data from fully-engineered detector modules combined with advanced simulation tools to design and predict the performance of a preclinical scanner using our new technology. The outcome of this proposal will be detector modules and a scanner design that advance preclinical PET to new levels of spatial resolution and sensitivity together with the comprehensive set of experimental and simulation data that will be needed to justify moving to the next stage of developing a prototype small-animal PET scanner. There also will be a broader impact in that the detector technology and electronics developed will be applicable to other PET systems, especially dedicated organ imaging (e.g. brain, breast) scanners and PET/MR systems.
 描述(由应用程序提供):临床前极性发射断层扫描(PET)已成为生物医学研究中的广泛使用工具,尤其是在评估新疗法方面。全世界在主要的医学研究中心和制药公司中安装了数百种扫描仪。然而,由于各种原因,这些系统的性能远远远远没有理论上可以实现的目标。这有两个重要的后果。首先,在空间分辨率有限(降低精度)和有限的敏感性(降低精度)中,对当前的放射性药物动力学和吸收的定量潜力受到了破坏。其次,临床前PET的重要应用,例如在小鼠大脑中的灰质结构中的代谢成像或低抽象蛋白靶标的研究,例如慢性感染中的TSPO受体表达,只是超出当前仪器的范围。该提案的目的是开发通向小动物pet扫描仪的途径,该途径可以与基本物理学和可用探测器材料的特性所施加的空间分辨率和灵敏度的理论限制相近。建立在为小动物宠物开发越来越高的分辨率检测器开发的基础上,最近在实现双端检测器方面取得了进步,这些探测器也可以简单地提供高灵敏度,并将它们与高度创新的硅光电层层(SIPM)光电遗传学相结合,我们建议的设计将导致对小型宠物的未经验证的pet petations deTection destection destection。具体而言,我们将开发适合在临床前PET扫描仪几何形状上封闭包装的完全工程的检测器模块,该几何形状将优于0.6 mm重建的空间分辨率,平均灵敏度在整个鼠标的平均敏感性> 10%> 10%,互动分辨率,交流分辨率<3 mm,计时分辨率分辨率<3 ns和能量分辨率和能量分辨率和能量分辨率<30%。我们将开发电子和软件,以有效地读取这些模块,而没有明显的性能降解,并将它们集成到开源式开放式库中,以供整个核医学成像社区访问。最后,我们将使用完整工程的检测器模块与高级仿真工具相结合的实验数据来设计和预测使用我们的新技术的临床前扫描仪的性能。该提案的结果将是检测器模块和扫描仪设计,该设计将临床前宠物提高到新水平的空间分辨率和敏感性,以及一组全面的实验和仿真数据,这些数据将证明移动到开发原型的小动物宠物扫描仪的下一个阶段。还将有更广泛的影响,因为开发的检测器技术和电子产品将适用于其他宠物系统,尤其是专用器官成像(例如大脑,乳房)扫描仪和宠物/MR系统。

项目成果

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