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,通过在不牺牲成像分辨率的情况下大幅提高灵敏度来解决 SPECT 仪器最限制的方面之一。 该方法基于一种称为密集相机阵列(DCA)的新型检测系统的使用。正如我们在第 2 节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 系统可以实现 >1% 的光子检测效率(与现代临床前 SPECT 仪器中的典型水平 0.1%-0.01% 相比),同时保持优异的光子检测效率空间分辨率。灵敏度的显着提高可能会彻底改变我们在临床前和(可能)临床实践中使用 SPECT 成像的方式,方法是显着降低检测限,并允许使用难以实施的新成像程序。最新一代的 SPECT 仪器。密集相机阵列(DCA)的设计灵感来自于小型无脊椎动物(如苍蝇和飞蛾)上常见的复眼。 DCA 相机由大量紧密排列在密集阵列中的独立微针孔伽马相机元件组成(例如,每平方厘米 10-20 个独立相机元件)。每个微型相机元件都覆盖穿过物体的狭窄视角。当构建具有多个 DCA 的 SPECT 系统时,系统中将有大量(多达数千个)微型相机元件指向物体并同时收集伽马射线。这是获得超高检测效率,同时保持出色成像分辨率的关键。构建 DCA 相机的关键挑战之一是需要最先进的探测器技术,该技术能够提供超高 3D 空间分辨率(例如 100mm)、出色的能量分辨率、足够的计数率能力和非常高的分辨率。对高能伽马射线具有高阻止能力。这样我们就可以将10-20个独立的微摄像元件封装到1平方厘米的面积中,并确保每个微摄像元件都具有足够的分辨率。在这个项目中,我们将利用最近开发的配备混合像素波形读出系统的小像素 CdTe/CZT 探测器来构建原型 DCA 相机。

项目成果

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Simulation study of the second-generation MR-compatible SPECT system based on the inverted compound-eye gamma camera design.
基于倒置复眼伽马相机设计的第二代MR兼容SPECT系统仿真研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Lai, Xiaochun;Meng, Ling
  • 通讯作者:
    Meng, Ling
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。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020-02-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lai, Xiaochun;Zannoni, Elena M;George, Jonathan;Meng, Ling
  • 通讯作者:
    Meng, Ling
MRC-SPECT: A sub-500 μm resolution MR-compatible SPECT system for simultaneous dual-modality study of small animals.
MRC-SPECT:低于 500 μm 分辨率的 MR 兼容 SPECT 系统,用于小动物的同步双模态研究。
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