Performance evaluation of PETbox: A low cost bench top PET scanner dedicated to high throughput preclinical imaging

Zhang, H.; Vu, Nam T.; Bao, Qinan; Silverman, R. W.; Stout, David; Taschereau, Richard; Berry-Pusey, Brittany; Williams, Darin A.; Douraghy, Ali; Rannou, Fernando R.; Phelps, M.E.; Chatziioannou, A.

doi:10.1109/nssmic.2009.5401918

Cited by 6 publications

(3 citation statements)

References 5 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…In 2007, Kao achieved tomographic reconstruction on dual-panel configuration using accurately computed system response matrix, making panel PET realizable [23]. In 2009, the PETbox system was proposed to provide a compact and low cost panel PET solution [24,25]. Both systems are intended for small animal imaging, while Kao's dual-head panel PET obtained an isotropic spatial resolution of 1.2 mm [12].…”

Section: Jinst 8 P04001mentioning

confidence: 99%

TOF capability evaluation on a panel PET for human body imaging

Xiao

Cao

et al. 2013

J. Inst.

View full text Add to dashboard Cite

Due to its unique structure, parallel panel configuration may lead to novel applications for positron emission tomography (PET). The major challenge of panel PET imaging is the limited angle problem, to which the time-of-flight (TOF) information seems to be a promising solution. This work investigated the required TOF capability of a panel PET design, which has a feasible size of field of view (FOV) for human torso. Such a system's corresponding angular coverage can vary from 70 to 102 degrees. The recovery ability of small lesions was assessed, and the contrast recovery coefficient (CRC) and signal-to-noise ratio (SNR) were analyzed, with a full ring PET as the benchmark system. We also varied the timing resolution and the distance between panels, to evaluate their impacts on image quality. Encouraging results were obtained in simulation study. Distortions and artifacts caused by the limited angular coverage were greatly reduced with timing resolutions better than 300 ps. The recovery ability of small lesions in most part of FOV was desirable. Meanwhile, varying panel distance in the range of 25 to 45 cm seemed to have trivial influence, when timing resolution was fixed at 300 ps. That means that such changes of panel distance might not affect the requirement on TOF capability, allowing more flexibility in panel PET's design and applications.

show abstract

Section: Jinst 8 P04001mentioning

confidence: 99%

TOF capability evaluation on a panel PET for human body imaging

Xiao

Cao

et al. 2013

J. Inst.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Recent results show that by using efficient reconstruction algorithms a static PET can provide satisfactory tomographic images, allowing 3D kinetic studies [38,39].…”

Section: Conclusion and Discussionmentioning

confidence: 99%

“…However, over the past ten years, with the rapid growth in the number of small animal imaging studies, the diversity of preclinical imaging studies that are performed with planar PET systems got wider. There cost of a planar PET got progressively lower [5,38], so more research groups could afford one, while the quality of the scanners got improved [5,39,40]. This steep rise on the popularity of the planar geometry brought only recently an appropriate testing protocol [41,42].…”

Section: Dual Head Pet Systemsmentioning

confidence: 99%

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

Performance Evaluation of PETbox: A Low Cost Bench Top Preclinical PET Scanner

Zhang

Bao

et al. 2010

Mol Imaging Biol

View full text Add to dashboard Cite

PurposePETbox is a low cost bench top preclinical PET scanner dedicated to pharmacokinetic and pharmacodynamic mouse studies. A prototype system was developed at our institute, and this manuscript characterizes the performance of the prototype system.ProceduresThe PETbox detector consists of a 20 × 44 bismuth germanate crystal array with a thickness of 5 mm and cross-section size of 2.05 × 2.05 mm. Two such detectors are placed facing each other at a spacing of 5 cm, forming a dual-head geometry optimized for imaging mice. The detectors are kept stationary during the scan, making PETbox a limited angle tomography system. 3D images are reconstructed using a maximum likelihood and expectation maximization (ML–EM) method. The performance of the prototype system was characterized based on a modified set of the NEMA NU 4-2008 standards.ResultsIn-plane image spatial resolution was measured to be an average of 1.53 mm full width at half maximum for coronal images and 2.65 mm for the anterior–posterior direction. The volumetric reconstructed resolution was below 8 mm3 at most locations in the field of view (FOV). The sensitivity, scatter fraction, and noise equivalent count rate (NECR) were measured for different energy windows. With an energy window of 150 - 650 keV and a timing window of 20 ns optimized for mouse imaging, the peak absolute sensitivity was 3.99% at the center of FOV and a peak NECR of 20 kcps was achieved for a total activity of 3.2 MBq (86.8 μCi). Phantom and in vivo imaging studies were performed and demonstrated the utility of the system at low activity levels. The quantitation capabilities of the system were also characterized showing that despite the limited angle tomography, reasonably good quantification accuracy was achieved over a large dynamic range of activity levels.ConclusionsThe presented results demonstrate the potential of this new tomograph for small animal imaging.

show abstract

Performance evaluation of PETbox: A low cost bench top PET scanner dedicated to high throughput preclinical imaging

Cited by 6 publications

References 5 publications

TOF capability evaluation on a panel PET for human body imaging

TOF capability evaluation on a panel PET for human body imaging

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

Performance Evaluation of PETbox: A Low Cost Bench Top Preclinical PET Scanner

Contact Info

Product

Resources

About