Position sensitive sparse sensor arrays and their application to low cost, high performance PET detectors

位置敏感稀疏传感器阵列及其在低成本、高性能 PET 探测器中的应用

基本信息

  • 批准号:
    9035076
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-12-15 至 2017-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): A pressing need in neuro-imaging research towards improved diagnosis and therapies is a practical, high- resolution, quantitative functional imaging tool. To this end we propose to investigate and develop novel methods to support development of high performance, low cost detector designs for PET brain only imaging systems. With the NIH's Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) initiative, we believe that human brain imaging will be the largest growth area for PET instrumentation in the near future. The key to enabling the expansion of this technology is to make it lower cost and easy to use such that local clinics can afford to purchase and operate these systems. We introduce the concept of position sensitive sparse sensor (PS3) arrays to facilitate low cost, high performance designs. Our PS3 arrays will be made using silicon photomultiplier (SiPM) devices and custom designed light guides. SiPMs are Geiger-mode avalanche photodiode (GM-APD) devices that have very attractive performance characteristics for PET detectors. They have signal gain similar to photomultiplier tubes (PMTs) and timing characteristics equivalent to or better than PMTs. In addition, they are very compact and can operate in magnetic field environments. However, cost is still a drawback. Using our PS3 concept, we seek to reduce the cost of SiPMs for PET detector designs by greater than 75% while still providing excellent performance for neuroPET imaging applications. To further enable a low cost design, our light guides will use subsurface laser engraving to direct light for enhanced decoding performance. Finally we will enable depth of interaction positioning capability using dual sided (DS) readout and our PS3 arrays. This project consists of two specific aims. We will first investigate via simulation the performance characteristics of different DS-PS3 detector configurations. We will investigate designs using both LYSO and BGO scintillator material. Next, we will develop and fully characterize prototype detector modules. The net result of this work will be the development and characterization of a new low cost PET detector design that will provide outstanding imaging performance for human brain imaging. The long term goal of this work is to develop a low-cost, high performance, brain only positron emission tomography (PET) system with optimized image reconstruction and data processing algorithms. The system will be designed for in office use and/or as a grouped network for drug development or clinical trials testing.
 描述(由申请人提供):在神经成像研究中,对改进诊断和治疗的迫切需要是实用的、高分辨率的、定量的功能成像工具。为此,我们建议研究和开发新的方法,以支持开发高性能,低成本的探测器设计的PET脑成像系统。通过NIH的“通过推进创新神经技术进行脑研究”(BRAIN)计划,我们相信人脑成像将成为不久的将来PET仪器最大的增长领域。推广这项技术的关键是降低成本,易于使用,以便当地诊所能够负担得起购买和操作这些系统。我们引入位置敏感稀疏传感器(PS3)阵列的概念,以促进低成本,高性能, 性能设计我们的PS3阵列将使用硅光电倍增管(SiPM)设备和定制设计的光导。SiPM是盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)器件,其对于PET探测器具有非常有吸引力的性能特性。它们具有与光电倍增管(PMT)类似的信号增益和与PMT相当或更好的定时特性。此外,它们非常紧凑,可以在磁场环境中工作。然而,成本仍然是一个缺点。使用我们的PS3概念,我们寻求将用于PET探测器设计的SiPM成本降低75%以上,同时仍为神经PET成像应用提供出色的性能。为了进一步实现低成本设计,我们的光导将使用表面激光雕刻来引导光线,以增强解码性能。最后,我们将启用交互深度定位能力,使用双面(DS)读出和我们的PS3阵列。该项目包括两个具体目标。我们将首先通过仿真研究不同的DS-PS3探测器配置的性能特点。我们将研究使用LYSO和BGO闪烁体材料的设计。接下来,我们将开发并充分表征原型探测器模块。这项工作的最终结果将是一种新的低成本PET探测器设计的开发和表征,该设计将为人脑成像提供出色的成像性能。这项工作的长期目标是开发一种低成本,高性能,大脑只有正电子发射断层扫描(PET)系统与优化的图像重建和数据处理算法。该系统将设计用于办公室使用和/或作为药物开发或临床试验测试的分组网络。

项目成果

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