Timing Improvement by Low-Pass Filtering and Linear Interpolation for the LabPET Scanner

Abstract

Digital processing for positron emission tomography (PET) scanners commonly relies on low frequency sampling ( 65 MHz) to reduce power consumption. Timestamps must then be interpolated between samples to achieve adequate time resolution for coincidence detection of annihilation radiation. A low-pass filter based interpolation algorithm adding up to 31 samples between original samples was designed to improve timing resolution of the LabPET scanner. A 2-bit refinement in the determination of the pulse maximum amplitude leads to a better estimation of the triggering threshold, which in turn enables a more accurate timestamp generation. Timestamp accuracy was investigated as a function of trigger level (15%-50% of maximum value). With the trigger threshold set at 20%, coincidence time resolution of 5 0 ns for LYSO-LYSO and 9 6 ns forLGSO-LGSO are obtained. A real time implementation of the algorithm was achieved in a Xilinx FPGA.

Roadmap to fully-digital PET/CT scanners

“…As with the analog approach, a baseline restoration unit evaluates the noise floor which is subtracted from the entire signal [4]. An energy measurement is then performed using a moving average window and filtered interpolation [9]. A normalization of the signal enables later fixed point computations required for timing and crystal identification algorithms.…”

A Fast Crystal Identification Algorithm Applied to the LabPET™ Phoswich Detectors

“…As the method is sensitive to the absence of synchronization of the first sample in the rising edge of the events, a preprocessing stage consisting of a filtered interpolation, normalization, and decimation was performed on acquired signals in order to improve the CI performance and to reduce the processing time [15]. The processed signal used for the CI process contains 16 samples selected, among the 64 available, in the rising edge portion of the event stream.…”

Estudio e implementación de algoritmos digitales para la mejora de la resolución temporal en sistemas de tomografía por emisión de positrones

“…En estos estudios, una gran mayoría de los datos adquiridos han sido analizados offline mediante software comercial [9,10]. Sólo unos pocos estudios han implementado el CFD digital en un dispositivo programable [11,12,4], como una FPGA, para su uso en PET. Uno de ellos fue realizado dentro del grupo de investigación por Martínez et al [11], donde se presenta una versión de digital de CFD implementada en una FPGA Virtex2Pro que forma parte de un sistema de adquisición para dos detectores.…”

“…Obtuvieron resoluciones temporales de entre 5.4 ns y 9.8 ns para diferentes tipos de detectores. Sugerían que se podrían obtener mejores resultados con algoritmos de extracción de tiempos más avanzados basados en redes neuronales [134] o con interpolación lineal o interpolación mediante filtro paso bajo [12].…”

“…Es una técnica usada comúnmente en el campo del procesado digital de señales en el uso de filtros multitasa [110]. La primera aproximación al uso de esta técnica en PET se llevó a cabo en un trabajo de Fontaine et al [12], donde se describe su uso para su sistema basado en centelladores+APDs, el LabPET.…”