Liquid Xenon detector for 10ps time of flight positron emission tomography
用于 10ps 飞行时间正电子发射断层扫描的液氙探测器
基本信息
- 批准号:RGPIN-2020-05789
- 负责人:
- 金额:$ 2.4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2020
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2020-01-01 至 2021-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Doctors rely heavily on medical imaging to assist them in the detection of various diseases in patients. Specifically, nuclear molecular imaging techniques such as positron emission tomography (PET) let us follow radioactive molecules that are injected in patients. These molecules interact or not with the body's chemistry. This, for example, allows oncologists to give an early diagnostic of cancer, before the tumour can be seen by other methods, as well as see if a cancer therapy is successful or not. PET imaging is also used to investigate new treatment plans or study misunderstood diseases, like Alzheimer's disease, both in humans and in small animal models of these diseases.
The accuracy of the exam depends on the expert's training, but also on the quality of the images in terms of resolution (how small can we see) and contrast (sharp difference between dark and bright areas). The technology of current PET scanners has reached the limit in terms of resolution, so research to boost image quality has turned towards improving the contrast. This can be done through a complementary measurement mode named time-of-flight (ToF). In this mode, the detection of the radioactive molecule, mentioned above, becomes much more accurate, and this accuracy translates into a better contrast as there is less guesswork' involved during the generation of the image.
My research program's overall goal is to design, build and test a PET detector system that will measure ToF with 10 picosecond accuracy, which corresponds to 10 millionth of one millionth of a second. With radiation moving at the speed of light, this corresponds to a 1.5 mm spatial accuracy. For comparison, the best commercial clinical scanners have a TOF accuracy of about 400 picosecond, or 6 cm. A massively multidisciplinary goal, my research program leverages recent innovations achieved at Université de Sherbrooke in ultra-fast sensor electronics. To achieve the 10 picosecond detector, my program will contribute to 1) experimentally confirm that liquid xenon, a very fast detection material but seldom used in PET, can reach the 10 picosecond goal or not; 2) develop electronics that can handle networks of these new sensors and process their gigabits per second of generated data on the fly, otherwise unmanageable in the clinic 3) investigate the compatibility of emerging low-cost sensors with PET for eventual commercialization of the scanner system.
The resulting detector module will enable the construction of a new generation of high contrast human PET scanners, with more than 10x improvement over the best commercial scanners in the world. This increased contrast will allow us to inject less radioactive molecules in patients when performing PET scans, hence opening PET imaging to pediatric, natal and neonatal imaging. Lastly, my cutting-edge program will consolidate Canada's position as world leader in state-of-the-art PET scanner design.
医生严重依赖医学成像来帮助他们检测患者的各种疾病,具体来说,正电子发射断层扫描(PET)等核分子成像技术让我们能够追踪注射到患者体内的放射性分子,这些分子是否与患者体内发生相互作用。例如,这使得肿瘤学家能够在通过其他方法观察肿瘤之前对癌症进行早期诊断,并查看癌症治疗是否成功,也可以使用 PET 成像来研究新的治疗方法。计划或在人类和这些疾病的小动物模型中研究被误解的疾病,例如阿尔茨海默病。
检查的准确性取决于专家的培训,还取决于图像在分辨率(我们能看到多小)和对比度(暗区和亮区之间的明显差异)方面的质量。当前 PET 扫描仪的技术已达到。分辨率方面的限制,因此提高图像质量的研究转向提高对比度,这可以通过称为飞行时间 (ToF) 的补充测量模式来完成,在这种模式下,可以检测放射性分子。上面提到的,变得更加准确,这种准确性转化为更好的对比度,因为在图像生成过程中涉及的猜测更少。
我的研究项目的总体目标是设计、构建和测试一个 PET 探测器系统,该系统能够以 10 皮秒的精度测量 ToF,这相当于百万分之一秒的百万分之一,而辐射以光速移动时,这相当于百万分之一秒。相比之下,最好的商用临床扫描仪的 TOF 精度约为 400 皮秒(即 6 厘米),这是一个大规模的多学科目标,我的研究计划利用了最新实现的创新。为了实现 10 皮秒探测器,我的程序将有助于 1) 实验确认液体氙(一种非常快的检测材料,但很少用于 PET)是否可以达到 10 皮秒的目标。 ; 2) 开发能够处理这些新传感器网络并动态处理每秒千兆位生成数据的电子设备,否则在诊所中难以管理 3) 研究新兴传感器的兼容性带有 PET 的低成本传感器,用于扫描仪系统的最终商业化。
由此产生的探测器模块将能够构建新一代高对比度人体 PET 扫描仪,其性能比世界上最好的商用扫描仪提高 10 倍以上,这种增强的对比度将使我们能够在进行 PET 扫描时向患者注射更少的放射性分子。 ,从而将 PET 成像扩展到儿科、产科和新生儿成像领域。最后,我的尖端计划将巩固加拿大在最先进 PET 扫描仪设计方面的世界领先地位。
项目成果
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专利数量(0)
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