Ultra-High Performance Brain-dedicated PET scanner for Neurology and Neuro-oncology imaging

用于神经病学和神经肿瘤学成像的超高性能大脑专用 PET 扫描仪

基本信息

项目摘要

1 2 functions, 3 have 4 spatial resolution and sensitivity. Such specifications impact both neurologic and neuro-oncologic diseases. In 5 the former, they allow detecting, quantitating, and tracking small changes of PET signal in minute brain regions 6 such as brain nuclei that have been implicated in many neurologic diseases. In the latter, they improve the 7 accuracy of tumor target volume definition in radiotherapy and surgical resection, thus treatment outcome. 8 The only commercial brain-dedicated PET is the HRRT, a 2 decade old technology that has been discontinued. 9 Therefore, there is compelling need to develop the next generation brain-dedicated PET with ultra-high 10 specifications to improve diagnostics that can institute therapies earlier in the evolution of the disease. 11 This proposal brings together two highly collaborative teams from Weill Cornell Medicine (WCM) and the 12 Institute for Instrumentation in Molecular Imaging (i3M), with an industrial partner, Oncovision, to build an 13 ultra-high performance brain-dedicated PET, UHB-PET. UHB-PET will exhibit: (i) volumetric spatial 14 resolution of ~0.5mm3 across the gantry, that is >4x better than that of the best brain-dedicated PET being 15 developed; (j) effective sensitivity >26x that of the brain PET with the highest spatial resolution being developed. 16 Our intensive experimental and Monte Carlo simulation results prove that our goals are highly achievable, 17 which we will attain as follows: Specific 18 maximize 19 FOV 20 and 21 Quantitative machine 22 learning to accurately determine the 3D position of 511keV 's interaction within the semi-monolithic slab, infer the 23 attenuation-corrected PET without CT scans, and minimize image noise, thus reduce the administered dose), (d) 24 use a preconditioned fixed-point image reconstruction approach to suppress the noise in sub-millimeter size 25 pixels, (e) adopt motion tracking tool we previously developed to correct for inter- and intra- head motion during 26 dynamic PET imaging, and (f) adopt methods from our previous work to accurately image-derive the input function 27 for kinetic modeling. Specific Aim 3: Assessment of image noise, target lesion visibility and quantitative accuracy 28 attained by the scanner in a characteristic set of specific neurology and neuro-oncology human studies. 29 The ultimate goal is a fully operational ultra-high performance dedicated brain PET scanner with accurate 30 quantitative capabilities for diagnosing and monitoring treatment in brain diseases. . Positron Emission Tomography (PET) is a powerful quantitative tool for studying metabolic and biochemical pharmacology, and pathology in living brains. In the past 3 decades, a myriad of brain PET tracers, been developed.In parallel, PET underwent dramatic advancement in technology that enabled much higher Aim 1 : In 2.5 years we will build UHB-PET with trapezoidal-shape (to sensitivity) semi-monolithic LYSO slabs coupled to high-performance SiPM readout, 26.7cm axial and ~28cm diameter, high 200psec detector timing resolution, isotropic spatial resolution <0.8mm FWHM 0.72mm Depth-of-interaction (DOI) resolution. Specific AIM2 : In parallel with AIM1, we will develop a Image Reconstruction tool. We will (a) incorporate accurate physics modeling, (b) use
1 2个功能, 3 有 4 空间分辨率和灵敏度影响神经系统和神经肿瘤疾病。 5 前者,它们可以检测、定量和跟踪微小大脑区域中 PET 信号的微小变化 6 例如与许多神经系统疾病有关的脑核,它们可以改善神经系统疾病。 7 放射治疗和手术切除中肿瘤靶区定义的准确性,从而影响治疗结果。 8 唯一商业化的脑部专用 PET 是 HRRT,这是一项已有 20 年历史的技术,现已停产。 9 因此,迫切需要开发具有超高性能的下一代大脑专用 PET 10 个改进诊断的规范,可以在疾病演变的早期制定治疗方法。 11 该提案汇集了来自威尔康奈尔医学 (WCM) 和 12 分子成像仪器研究所 (i3M) 与工业合作伙伴 Oncovision 合作,建立一个 13 超高性能大脑专用 PET,UHB-PET 将展示:(i) 体积空间。 14 整个机架的分辨率约为 0.5mm3,比最好的大脑专用 PET 的分辨率好 >4 倍 15 已开发;(j) 有效灵敏度 > 正在开发的最高空间分辨率的大脑 PET 的 26 倍。 16 我们密集的实验和蒙特卡罗模拟结果证明我们的目标是高度可以实现的, 17 我们将实现如下: 具体 最多 18 个 19视场 20 和 21 定量机 22 学习准确确定半整体板内 511keV 相互作用的 3D 位置,推断 23 衰减校正 PET,无需 CT 扫描,并最大限度地减少图像噪声,从而减少给药剂量),(d) 24 使用预处理定点图像重建方法来抑制亚毫米尺寸的噪声 25 像素,(e) 采用我们之前开发的运动跟踪工具来校正头部间和头部内的运动 26动态PET成像,以及(f)采用我们之前工作中的方法来准确地图像推导输入函数 27 用于动力学建模具体目标 3:评估图像噪声、目标病变可见性和定量准确性。 28 通过扫描仪在一组特定的特定神经病学和神经肿瘤学人体研究中获得的结果。 29 最终目标是完全可操作的超高性能专用脑部 PET 扫描仪,具有准确的 30 种用于诊断和监测脑部疾病治疗的定量功能。 正电子发射断层扫描 (PET) 是研究代谢和生物化学的强大定量工具 活体大脑的药理学和病理学 在过去的 3 年里,出现了无数的大脑 PET 示踪剂, 与此同时,PET 技术也经历了巨大的进步,使得更高的 目标1:在2.5年内我们将制造梯形形状的UHB-PET(以 灵敏度)半单片 LYSO 板耦合高性能 SiPM 读出器,26.7 厘米轴向 直径约 28 厘米,探测器空间定时分辨率高达 200 皮秒,各向同性分辨率 <0.8 毫米 FWHM 0.72mm 交互深度 (DOI) 分辨率 特定 AIM2:与 AIM1 并行,我们将开发一个 我们将(a)结合精确的物理建模,(b)使用图像重建工具。

项目成果

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