Superhigh Sensitivity SPECT Imaging with Dense Camera Arrays

使用密集相机阵列进行超高灵敏度 SPECT 成像

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The long-term goal of this project is to develop a novel SPECT system design that tackles one of the most limiting aspects of SPECT instrumentations by offering a greatly improved sensitivity without sacrificing imaging resolution. This proposed approach is based on the use of a novel detection system called dense- camera-array (DCA). As we have demonstrated with a Monte Carlo study described in Sec. C.2, a small animal SPECT system based on the DCA detectors could a photon detection efficiency of >1% (as compared to the typical levels of 0.1%-0.01% found in modern pre-clinical SPECT instrumentations), while maintaining an excellent spatial resolution. This dramatic increase in sensitivity could potentially provide a radical change in how we might employ SPECT imagining in both pre-clinical and (potentially) clinical practice, by offering a dramatically lowered detecton limit and allowing for new imaging procedures that would be difficult to implement with the current generation of SPECT instrumentations. The design of dense camera array (DCA) is inspired by the compound eyes often found on small invertebrates, such as flies and moths. A DCA camera consists of a large number of independent micro-pinhole-gamma- camera-elements closely packed in a dense array (e.g. 10-20 independent camera-elements per cm2). Each of the micro-camera-elements covers a narrow view angular through the object. When constructing a SPECT system with multiple DCAs, there will be a very large number (up to several thousand) of micro-camera- elements in the system pointing towards the object and collecting gamma rays simultaneously. This is the key for attaining a super-high detection efficiency, while maintaining an excellent imaging resolution. One of the key challenges for constructing the DCA camera is the need for a state-of-art detector technology that offers an ultrahigh 3-D spatial resolution (e.g. 100mm), an excellent energy resolution, an adequate count-rate capability and a very high stopping power for energetic gamma rays. This would allow us to pack 10-20 independent micro-camera-elements into 1 cm2 area, and to ensure each micro-camera-element having a sufficient resolving power. For this project, we will utilize a recently developed small-pixel CdTe/CZT detector equipped with a hybrid pixel-waveform readout system to construct the prototype DCA cameras.
描述(由申请人提供):该项目的长期目标是开发一种新颖的SPECT系统设计,该设计通过提供大大提高的灵敏度而不牺牲成像分辨率来解决Spect Instruction的最有限方面之一。 这种提出的方​​法基于使用一种称为密集摄像机阵列(DCA)的新型检测系统。正如我们已经在Sec中描述的蒙特卡洛研究所证明的那样。 C.2,基于DCA探测器的小动物SPECT系统的光子检测效率> 1%(与现代临床前光谱仪器中发现的0.1%-0.01%相比),同时保持出色的空间分辨率。这种敏感性的这种急剧提高可能会通过提供大幅度降低的检测量极限,并允许在当前的光谱仪器中难以实施的新成像程序,从而有可能提供我们在临床前和(潜在的)临床实践中使用SPECT的彻底变化。密集的相机阵列(DCA)的设计灵感来自经常在小无脊椎动物(例如苍蝇和飞蛾)上发现的复合眼。 DCA摄像机由大量的独立微型粉形镜像摄像机组成,这些摄像机元件紧密包装在密集的阵列中(例如,每个CM2的10-20个独立的摄像机元素)。每个微型相机元素都覆盖了通过物体的狭窄视图。当构建具有多个DCA的SPECT系统时,系统中将有很大数字(多达几千)微型元素指向对象并同时收集伽马射线。这是达到超高检测效率的关键,同时保持出色的成像分辨率。构建DCA摄像机的主要挑战之一是需要提供超高3D空间分辨率(例如100mm),出色的能量分辨率,足够的计数能力以及为能量伽玛射线提供极高的高阻止功率的最先进的检测器技术。这将使我们能够将10-20个独立的微型摄像机元素装载到1 cm2区域,并确保每个微相机元素具有足够的分辨能力。对于这个项目,我们将利用配备有混合像素波动的读取系统的最近开发的天金CDTE/CZT检测器来构建原型DCA摄像机。

项目成果

期刊论文数量(3)
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专利数量(0)
Simulation study of the second-generation MR-compatible SPECT system based on the inverted compound-eye gamma camera design.
  • DOI:
    10.1088/1361-6560/aaa4fb
  • 发表时间:
    2018-02-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Lai X;Meng LJ
  • 通讯作者:
    Meng LJ
System Modeling and Evaluation of a Prototype Inverted-Compound Eye Gamma Camera for the Second Generation MR Compatible SPECT.
用于第二代 MR 兼容 SPECT 的原型倒置复眼伽玛相机的系统建模和评估。
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