Low cost and high performance time-of-flight PET detectors
低成本、高性能飞行时间 PET 探测器
基本信息
- 批准号:10569636
- 负责人:
- 金额:$ 44.48万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-05-01 至 2025-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcademiaAddressAnodesAreaBismuthCathodesCharacteristicsClinicalCoupledDataDetectionDevelopmentDoseElectric CapacitanceElectronicsElementsEventGerminationHot SpotImageImage EnhancementImaging PhantomsIndustryLengthLesionLightLutetiumMeasurementMeasuresModernizationMonte Carlo MethodNamesNeoplasm MetastasisNoisePathway interactionsPatientsPerformancePhotonsPlayPositron-Emission TomographyPredispositionProbabilityRadiation Dose UnitRecoveryResolutionRoleScanningShapesSignal TransductionSiliconSystemTechniquesTechnologyTemperatureTimeTracerVisualizationabsorptionadvanced systemanalogcostcost effectivedensitydesigndetection sensitivitydetectordigitalimaging studyimprovedinstrumentationinterestlight emissionluminescencemetermodels and simulationnoveloperationphotomultiplierphoton-counting detectorresponsesignal processingtrendultravioletuptake
项目摘要
Project Summary/Abstract
There is a major push to substantially improve the sensitivity of positron emission tomography (PET) with
systems comprising increased crystal volume and detectors with fast timing capabilities to better exploit 511
keV photon localization with time-of-flight PET (TOF-PET). For these efforts, there is a vital need for advances
in TOF-PET detector technologies that provide excellent coincidence time resolution (CTR) and 511 keV
photon detection efficiency at reduced cost. To address this, we propose to leverage novel readout electronics
that optimize the single photon response shape and single photon time resolution (SPTR) of silicon
photomultipliers (SiPMs) to accurately estimate 511 keV photon time of interaction with the mixed
Cherenkov/luminescence (MCL) yield from bismuth germinate (BGO). SPTR does not strongly influence CTR
for fast and bright scintillators, such as lutetium orthosilicate scintillators (LSO/LYSO). However, a moderate
Cherenkov yield mixed with a weak luminescence response creates a more unique scenario where SPTR and
single photon response shape play a major role in achievable CTR. With our electronic readout, <285 ps
FWHM CTR is achievable for long and narrow BGO crystal elements suitable for clinical PET detectors. This is
equivalent to CTR achieved by state-of-the-art (SoA) commercial PET detectors. The novel signal multiplexing
strategies we propose to develop will allow us to maintain SoA CTR performance in large area detector
modules at the same or reduced channel density than conventional TOF-PET detector designs. BGO is an
extremely economical detector material, with a cost that is 4-to-5 fold lower than the standard LSO/LYSO
scintillators used in all modern TOF-PET systems. We will develop TOF-PET detector modules with associated
front-end signal processing and digital readout electronics. The technology will be ready for “plug-and-play”
integration into reduced cost clinical TOF-PET systems and those that aim to explore ultra-sensitive PET
systems with increased detection volume at reduced cost. The proposed PET detector technologies can have
a significant impact on quantitative PET imaging. The image signal-to-noise-ratio enabled by the enormous
boost in counts from high sensitivity PET systems can be employed to substantially reduce tracer dose and
shorten scan time/increase patient throughput, or to better visualize and quantify smaller lesions/features in the
presence of significant background, which are important features that can make PET more practical and lower
cost, as well as help to expand its roles in patient management.
项目概要/摘要
大力推动显着提高正电子发射断层扫描 (PET) 的灵敏度
系统包括增加的晶体体积和具有快速定时功能的探测器,以更好地利用 511
利用飞行时间 PET (TOF-PET) 实现 keV 光子定位 对于这些努力,迫切需要取得进展。
TOF-PET 探测器技术提供出色的符合时间分辨率 (CTR) 和 511 keV
为了解决这个问题,我们建议利用新型读出电子器件来提高光子检测效率。
优化硅的单光子响应形状和单光子时间分辨率 (SPTR)
光电倍增管 (SiPM) 可准确估计 511 keV 光子与混合光子相互作用的时间
萌发铋 (BGO) 的切伦科夫/发光 (MCL) 产量不会强烈影响 CTR。
对于快速而明亮的闪烁体,例如原硅酸镥闪烁体(LSO/LYSO),然而,其强度适中。
切伦科夫产量与弱发光响应混合创造了一个更独特的场景,其中 SPTR 和
单光子响应形状在可实现的 CTR 中发挥着重要作用,使用我们的电子读数,<285 ps。
对于适用于临床 PET 探测器的长而窄的 BGO 晶体元件,可以实现 FWHM CTR。
相当于最先进 (SoA) 商用 PET 探测器实现的 CTR。
我们建议开发的策略将使我们能够在大面积探测器中保持 SoA CTR 性能
与传统 TOF-PET 探测器设计相比,模块具有相同或更低的通道密度。
极其经济的探测器材料,成本比标准 LSO/LYSO 低 4 至 5 倍
我们将开发用于所有现代 TOF-PET 系统的闪烁体以及相关的 TOF-PET 探测器模块。
该技术将为“即插即用”做好准备。
集成到降低成本的临床 TOF-PET 系统以及旨在探索超灵敏 PET 的系统中
所提出的 PET 检测器技术可以具有增加检测量的系统。
巨大的图像信噪比对定量 PET 成像产生重大影响。
高灵敏度 PET 系统的计数增加可用于大幅减少示踪剂剂量和
缩短扫描时间/增加患者吞吐量,或更好地可视化和量化较小的病变/特征
显着背景的存在,这是可以使 PET 更实用且更低的重要特征
成本,并有助于扩大其在患者管理中的作用。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Low power implementation of high frequency SiPM readout for Cherenkov and scintillation detectors in TOF-PET.
- DOI:10.1088/1361-6560/ac8963
- 发表时间:2022-09-26
- 期刊:
- 影响因子:3.5
- 作者:
- 通讯作者:
Scintillation and cherenkov photon counting detectors with analog silicon photomultipliers for TOF-PET.
用于 TOF-PET 的闪烁和切伦科夫光子计数探测器,带有模拟硅光电倍增管。
- DOI:10.1088/1361-6560/ad2125
- 发表时间:2024
- 期刊:
- 影响因子:3.5
- 作者:Cates,JoshuaW;Choong,Woon-Seng;Brubaker,Erik
- 通讯作者:Brubaker,Erik
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