SiPM based detector module and digital data acquisition system for PET: Initial results

Safavi-Naeini, Mitra; Franklin, Daniel; Petasecca, Marco; Lerch, Michael L. F; Kirkham, R.; Moorhead, G. F.; Dunn, P.; Geronimo, G. De; Rosenfeld, Anatoly B.

doi:10.1109/nssmic.2009.5401989

Cited by 3 publications

(4 citation statements)

References 9 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…The SPMM-3035 shows better energy resolution, which ranges from ∼40% for BGO with 22 Na irradiation to 11% for LYSO:Ce and 137 Cs excitation. The energy resolution of SPMM-3035 with LYSO:Ce and 22 Na at 29 V and 30 V was found equal to 20% and 15%, respectively, which is in good agreement with the literature [19,20]. SiPM-3035, which has larger cells, provides better energy resolution, as has also been demonstrated by other groups [12,20].…”

Section: Energy Resolutionsupporting

confidence: 90%

See 1 more Smart Citation

Initial results on SiPMs performance for use in medical imaging

Efthimiou

Georgiou

Argyropoulos

et al. 2011

Meas. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

Silicon photomultiplier (SiPMs) detectors are attractive candidates for replacing position sensitive photomultipliers in nuclear imaging. They are compact, they provide high gain with low bias voltage and show better response. The development of dedicated imaging prototypes based on SiPMs possesses several design challenges, since it is necessary to optimize scintillator and SiPM coupling, as well as signal amplification and digitization. In this work, we have investigated the performance of three SiPM modules constructed by SensL coupled on three scintillators (CsI:Tl, BGO, LYSO:Ce), which are used in SPECT and PET imaging. Irradiation was carried out using different sources, which covered a wide range of energies from 88 to 1275 keV. The parameters measured were output pulses' width and height, energy resolution and linearity as a function of bias voltage and sources energy.

show abstract

Section: Energy Resolutionsupporting

confidence: 90%

“…Generally, a larger number of microcells per photosensor yields a wider dynamic range and increases the linearity of the detector response. However, due to the fine gaps between microcells, increasing the number of microcells decreases the fill factor, thereby reducing the sensor's detection efficiency [1,15,19,20].…”

Section: Linearitymentioning

confidence: 99%

Initial results on SiPMs performance for use in medical imaging

Efthimiou

Georgiou

Argyropoulos

et al. 2011

Meas. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The SPMM-3035 shows better energy resolution, which ranges from ≈40% for BGO with 22 Na irradiation to 11% for LYSO:Ce and 137 Cs excitation. The energy resolution of SPMM-3035 with LYSO:Ce and 22 Na at 29 V and 30 V was found equal to 20% and 15%, respectively, which is in good agreement with the literature [150,151]. SiPM-3035, which has larger cells, provides better energy resolution, as has also been demonstrated by other groups [145,151].…”

Section: Spectral Analysissupporting

confidence: 90%

Development and evaluation of a small animal PET protype compatible with strong magnetic fields

Efthimiou¹,

Ευθυμίου²

View full text Add to dashboard Cite

Τα τελευταία χρόνια η επιστημονική κοινότητα της Πυρηνικής απεικόνισης έχει δείξει μεγάλο ενδιαφέρον για την υλοποίηση συνεργατικών συστημάτων PET/MR. Σε σχέση με τα συστήματα PET/CT παρουσιάζουν ορισμένες πολύ ενδιαφέρουσες προοπτικές, με σημαντικότερη ίσως αυτή της πραγματικής ταυτόχρονης ανατομικής και λειτουργικής απεικόνισης.Με την καινούργια αυτή λειτουργία θα είναι δυνατή η ακριβέστερη διόρθωση εξασθένησης και η ταυτόχρονη διόρθωση κίνησης, που θα βοηθήσει σημαντικά στην βελτίωση της πραγματικής διακριτικής ικανότητας των PET συστημάτων.Σκοπός της διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η μελέτη των επιμέρους τεχνολογικών μετατροπών που πρέπει να πραγματοποιηθούν σε ένα συμβατικό PET σύστημα, δύο επίπεδων κεφαλών, απεικόνισης μικρών ζώων ώστε αυτό να γίνει μαγνητικά συμβατό.Οι μετατροπές εντοπίζονται, αρχικά, στην αντικατάσταση των κλασσικών φωτοπολλαπλασιαστών ανίχνευσης θέσης (PS-PMT) με μαγνητικά συμβατούς φωτοποπλασιαστές πυριτίου (Si-PMT). Η μετατροπή αυτή συνοδεύεται και από την σχεδίαση κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων για την ενίσχυση και διαμόρφωση του σήματος.Για την μελέτη που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιήσαμε τους SiPM της εταιρίας SensL. Οι ανιχνευτές δοκιμάστηκαν με μια πληθώρα σπινθηριστών και ραδιοϊσοτόπων που χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της Πυρηνική Ιατρική (Π.Ι.). Η αξιολόγηση περιελάμβανε την σύγκριση της ενεργειακής διακριτικής ικανότητα, φασματικής συμβατότητας, το λόγο σήματος προς θόρυβο, το εύρος θορύβου κ.α.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι προτιμώμενοι είναι οι ανιχνευτές με μικρότερο αριθμό στοιχείων (SPAD) καθώς προσφέρουν παλμούς με μεγαλύτερος πλάτος, καλύτερη ενεργειακή διακριτική ικανότητα και η διαφορά στο επίπεδο του θορύβου δεν είναι σημαντική. Η περιορισμένη γραμμική περιοχή τους μπορεί να ρυθμιστεί εύκολα με την εφαρμογή κατάλληλης ανάστροφης τάσης. Η δυνατότητα ενός συστήματος Πυρηνικής Ιατρικής να παράξει εικόνες υψηλής διαγνωστικής αξίας, με την χρήση των μικρότερων δυνατών ραδιενεργών δόσεων είναι εξαιρετικά σημαντική και σημαντικές προσπάθειες καταβάλλονται προς αυτή την κατεύθυνση.Για αυτό το λόγο πραγματοποιήθηκε μια συστηματική μελέτη μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo για την βελτιστοποίηση της απόδοσή του συστήματος σε χαμηλές και πολύ χαμηλές ενεργότητες με και χωρίς την χρήση ισχυρών μαγνητικών πεδίων.Βρέθηκε ότι κύριος περιοριστικός παράγοντας, στην υπό μελέτη υλοποίηση, είναι η χρήση των σπινθηριστών LSO:Ce, που λόγω της ύπαρξης του ασταθούς 176Lu πραγματοποιείτε το φαινόμενο του αυτοφθορισμού το οποίο συμβάλει στην ύπαρξη ενός σταθερού σήματος υποβάθρου.Προτείναμε για την βελτιστοποίηση του λόγου σήματος προς θόρυβο ο χρήστης να αυξήσει το κατώτατο κατώφλι παλμών στους ηλεκτρονικούς ενισχυτές και να διευρύνει το ενεργειακό παράθυρο στο λογισμικό επεξεργασίας του σήματος καθώς η συνεισφορά σκεδαζομένων φωτονίων είναι μικρή στα συστήματα απεικόνισης ζώων.Η ύπαρξη μαγνητικού πεδίου, συνεισφέρει θετικά μόνο στις περιπτώσεις των επιδερμικών καρκινωμάτων και γενικότερα όταν υπάρχει ένα καρκίνωμα στην επιφάνεια κάποιου ιστού που είναι σε άμεση επαφή με αέρα. Λόγω του ότι η απόσταση εξαΰλωσης του ποζιτρονίου σε ιστούς είναι 0.5mm και στο αέρα μπορεί να φτάσει και το 1cm. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί μειώσει σημαντικά αυτή την απόσταση με αποτέλεσμα την μειωθεί η διαφυγή ποζιτρονίων σε περιοχές μακριά από το σημείο εκπομπής τους.Τελευταίο κομμάτι της διατριβής επικεντρώνεται στην ανάπτυξη, βελτιστοποίηση και αξιολόγηση του αλγορίθμου ανακατασκευής εικόνας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε τη βιβλιοθήκη ιατρικής ανακατασκευής εικόνας STIR. Επειδή η υλοποίηση που προτείναμε βασίζεται σε δύο περιστρεφόμενες επίπεδες κεφαλές, ήταν αναγκαίο να υλοποιηθεί αλγόριθμος ανακατασκευής εικόνας για συστήματα με περιορισμένη αζιμουθιακή δειγματοληψία. Καθώς και κατάλληλες μέθοδοι κανονικοποίησης των δεδομένων.Για την υλοποίηση και βελτιστοποίηση της ανακατασκευής χρησιμοποιήσαμε τα μοντέλα Monte Carlo, που είχαμε πιστοποιήσει στα προηγούμενα βήματα και η αξιολόγηση βασίστηκε και σε ένα πραγματικό σύστημα PET, παρόμοιας γεωμετρίας, μη μαγνητικά συμβατού.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει σημαντική βελτίωση στην διακριτική ικανότητα του συστήματος, στην ομοιομορφία του πεδίου και στη μείωση του θορύβου.

show abstract

“…Each detector module consists of a 4x4 array of 3 mm 2 silicon photomultiplier (SiPM) detectors, each optically coupled to a 3 mm 3 LYSO scintillator. The detector mod ules are interfaced to a multichannel mixed analog/digital ASIC and an FPGA-based digital data acquisition (DDAQ) system [7]. The ASIC, originally developed for soft X-ray detection at Brookhaven National Laboratory, is based on a unique architecture incorporating multiple peak detectors and time-to-amplitude converters, and offers an extremely low dead time, making it ideal for application to PET signal acquisition [8].…”

Section: A Cmrpet Scannermentioning

confidence: 99%

Preclinical studies using a prototype high-resolution PET system with Depth of Interaction

Safavi-Naeini

Franklin

Petasecca

et al. 2011

2011 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Ahstract-A novel high resolution PET scanner dedi cated to imaging small volumes (small animals or positron mammography) has been developed. The system utilises a novel SiPM detector array coupled to a pixelated LYSO scintillator and placed in an edge-on formation around the ring. The unique design provides a more accurate placement of the Lines of Response (LoR) by measuring the Depth of Interaction (Dol) which results in a uniform spatial resolution across the whole field of view (FoV ). Analytical modelling of the effect of parallax error on spatial resolution is presented. A full prototype of the system is simulated using GATE/GEANT4 with Ge-68 point sources placed at various positions within the Fo V. The simulation results are compared to experimental measurements on the prototype system, and the effectiveness of the proposed approach to determining the Dol is demonstrated. The effectiveness of the Dol estimation in achieving a uniform spatial resolution across the entire FoV is demonstrated where a 30% improvement in spatial resolution close to the outer edge of the gantry ring is obtained. Preliminary images of a micro-Defrise phantom filled with F-18 obtained using the prototype system are presented and compared with a simulation of the same configuration.

show abstract

SiPM based detector module and digital data acquisition system for PET: Initial results

Cited by 3 publications

References 9 publications

Initial results on SiPMs performance for use in medical imaging

Initial results on SiPMs performance for use in medical imaging

Development and evaluation of a small animal PET protype compatible with strong magnetic fields

Preclinical studies using a prototype high-resolution PET system with Depth of Interaction

Contact Info

Product

Resources

About