A 0.5 mm resolution total-body small-animal PET

分辨率为 0.5 毫米的小动物全身 PET

基本信息

  • 批准号:
    10598107
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 63.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Summary The key parameters of small-animal positron emission tomography (PET) are its spatial resolution and sensitivity that determine the ability to image and quantify radiotracers in a small region of the subject at sub-nanomolar concentrations. However, the applications of small-animal PET have been limited in its application by a combination of spatial resolution and sensitivity, which hampers the use of PET for a range of applications including mouse brain imaging, aortic microcalcification and inflammation imaging, high-resolution total-body dynamic imaging and kinetic modeling studies with using image-derived input function. The goals of this proposal are 1) to develop a 0.5 mm resolution total-body small-animal PET scanner dedicated for high-resolution and fast dynamic applications for imaging mouse disease models, and 2) provide a pre-clinical tool using mouse models to develop, validate, characterize the paradigms and protocols that will feed into human studies, such as total-body and brain studies. The proposed PET scanner will have 128 depth-of-interaction (DOI) detectors. The ring diameter and the axial length are 110 mm and 167 mm, respectively, which is designed to cover the entire body of the mouse and to obtain high resolution and high sensitivity across the entire body. Dual-ended readout detectors based on linearly-graded silicon photomultipliers (LG-SiPMs) coupled to both ends of 40 x 40 lutetium yttrium oxyorthosilicate (LYSO) arrays with a pitch size of 0.5 mm and length of 20 mm will be used to extract DOI information to maintain high and uniform spatial resolution across the entire body of the mouse. LYSO is chosen due to its high light yield (for high spatial resolution and energy resolution), high stopping power (for high sensitivity), and fast decay time (high event rate ability). Dedicated data acquisition electronics for dual-ended readout detectors will be designed for the proposed scanner by upgrading our well-studied electronics system, and a signal multiplexing readout method will be used to reduce the 40 signals of each detector to 9 signals (8 for position information and 1 for timing information) to reduce the cost, complexity, and heat of the readout electronics. The outcome of this proposal will be a total-body small animal PET scanner with a resolution < 0.5 mm and a sensitivity ~24.5 % at the center of the field of view. The resolution will be ~0.5 mm and the sensitivity will be better than 15 % across the volume of the mouse. The spatial/volume resolution is more than 2x/8x better than currently available small-animal PET scanners with similar sensitivity, and the sensitivity is more than 20x better than currently available small-animal PET scanners with similar resolution. The proposed scanner can promote the use of total-body small-animal PET for monitoring biological processes that result in fine structures and expand the range of applications for this powerful, in vivo, non-invasive and translational imaging modality in preclinical applications. The PET scanner developed in this proposal is also MRI-compatible and will support eventual integration inside an MRI scanner for hybrid PET/MRI imaging.
概括 小动物正电子发射断层扫描(PET)的关键参数是空间分辨率和灵敏度 确定在亚纳摩尔水平下对受试者小区域中的放射性示踪剂进行成像和量化的能力 浓度。然而,小动物PET的应用受到了一些因素的限制。 空间分辨率和灵敏度的结合,阻碍了 PET 在一系列应用中的使用 包括小鼠脑成像、主动脉微钙化和炎症成像、高分辨率全身成像 使用图像衍生输入函数进行动态成像和动力学建模研究。 该提案的目标是1)开发0.5毫米分辨率全身小动物PET扫描仪专用 用于小鼠疾病模型成像的高分辨率和快速动态应用,2) 提供临床前 使用小鼠模型来开发、验证、表征将输入人类的范例和协议的工具 研究,例如全身和大脑研究。拟议的 PET 扫描仪将具有 128 个交互深度 (DOI) 探测器。环径和轴向长度分别为110毫米和167毫米,设计 覆盖鼠标的整个身体,并在整个身体上获得高分辨率和高灵敏度。 基于两端耦合的线性分级硅光电倍增管 (LG-SiPM) 的双端读出探测器 40 x 40 镥钇氧原硅酸盐 (LYSO) 阵列,节距尺寸为 0.5 毫米,长度为 20 毫米, 用于提取 DOI 信息,以在整个身体上保持高且均匀的空间分辨率 老鼠。选择 LYSO 是因为其高光产额(高空间分辨率和能量分辨率)、高停止 功率(高灵敏度)和快速衰减时间(高事件率能力)。 双端读出检测器的专用数据采集电子设备将针对拟议的设计 通过升级我们经过充分研究的电子系统来扫描仪,并将使用信号复用读出方法 将每个探测器的 40 个信号减少到 9 个信号(8 个用于位置信息,1 个用于定时信息) 降低读出电子设备的成本、复杂性和热量。 该提案的成果将是一款分辨率 < 0.5 毫米的小动物全身 PET 扫描仪, 视场中心的灵敏度约为 24.5%。分辨率约为 0.5 mm,灵敏度为 优于鼠标体积的 15%。空间/体积分辨率优于 2 倍/8 倍以上 与现有灵敏度相似的小动物PET扫描仪相比,灵敏度提高20倍以上 比目前可用的具有类似分辨率的小动物 PET 扫描仪。所提出的扫描仪可以促进 使用小动物全身 PET 监测生物过程,从而产生精细结构和 扩大了这种强大的体内、非侵入性和平移成像模式的应用范围 临床前应用。本提案中开发的 PET 扫描仪也兼容 MRI,并将支持 最终集成到 MRI 扫描仪中以实现混合 PET/MRI 成像。

项目成果

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