Monolithic crystals are examined as an alternative to segmented scintillator arrays in positron emission tomography (PET). Monoliths provide good energy, timing and spatial resolution including intrinsic depth of interaction (DOI) encoding. DOI allows reducing parallax errors (radial astigmatism) at off-center positions within a PET ring. We present a novel DOI-estimation approach based on the supervised machine learning algorithm gradient tree boosting (GTB). GTB builds predictive regression models based on sequential binary comparisons (decision trees). GTB models have been shown to be implementable in FPGA if the memory requirement fits the available resources. We propose two optimization scenarios for the best possible positioning performance: One restricting the available memory to enable a future FPGA implementation and one without any restrictions. The positioning performance of the GTB models is compared with a DOI estimation method based on a single DOI observable (SO) comparable to other methods presented in literature. For a 12 mm high monolith, we achieve an averaged spatial resolution of 2.15 mm and 2.12 mm FWHM for SO and GTB models, respectively. In contrast to SO models, GTB models show a nearly uniform positioning performance over the whole crystal depth.
108 ps coincidence time resolution through optimized scintillators, photodetectors, readout electronics, and DOI-based timing correction in orthogonally stacked detector configurations
Central Research Laboratory, Hamamatsu Photonics K. K.（滨松光子株式会社中央研究实验室）
Near 65ps-fwhm in 20mm-LSO TOF-PET by using a time walk correction based on multi-photon stamps: a Monte Carlo study
目的：研究基于晶体光共享和多光子时间戳的时间游走评估是否可以提高TOF分辨率。方法：对SiPM（FBK-NUV-HD）进行蒙特卡罗模拟，SiPM（FBK-NUV-HD）耦合到传统的4 × 4 mm 2像素化LSO（0.2%Ca：Ce），并且还耦合到8 × 4 mm 2像素化LSO，其中三角形光学窗口允许根据DOI在两个4 × 4 mm 2子像素之间共享光。时间游走估计被建模为光子检测序列内的时间差的DOI相关加权和。为了获得最佳的TOF分辨率，对DOI相关权重进行了优化。结果：观察到两个4x 4 mm 2子像素之间的光共享的强线性DOI依赖性。4x 4x 20 mm 3 LSO的TOF分辨率分别为99.7、81.2、66.4 ps-fwhm（无任何校正）、DOI校正和DOI依赖性时间游走校正。从序列中第（2**k）个光子的7个时间戳导出时间游走校正，其中k在[0，6]内。结论：可以从光子时间探测序列估计光子时间游走，并且可以有利地与DOI评估相结合以提高TOF分辨率。
Simulations of gamma quanta scattering in a single module of the J-PET detector
本文描述了湮没γ量子在塑料闪烁体中散射的模拟。这样的条带构成了新提出的正电子发射断层成像中的基本检测模块，该正电子发射断层成像利用塑料发光体代替无机晶体。详细阐述了康普顿散射链的模拟算法，并对截面为5 mm x 19 mm的闪烁体条带进行了一系列模拟。所得结果表明，仅在约8%的事件中发生次级相互作用，其中只有25个$\%$发生在距离初级相互作用大于0.5 cm的地方。还确定了在初级和次级相互作用中产生的光信号与延迟重叠，延迟分布的特征在于约40 ps的FWHM。
High-resolution Time-Of-Flight PET with Depth-Of-Interaction becomes feasible: a proof of principle
在本文中，我们证明了闪烁体表面的适当处理的选择，以及用于原始数据分析的适当光电探测器电子器件和特定算法，允许实现能量、时间和DOI分辨率之间的最佳权衡，从而强烈支持具有所需特征和性能的前列腺TOF-PET探针的可行性，所述探针与MRI兼容。在数量上，这意味着1.5mm x 1.5mm x 10 mm的探测器元件，同时实现约11.5%的能量分辨率、约150 ps的飞行时间分辨率和甚至低于1 mm的DOI分辨率。我们强调，这样的时间分辨率允许显著增加噪声等效计数率，从而提高图像质量和病变检测能力。这些个别值对应于其他小组迄今为止获得的最佳值，但我们同时获得了所有这些值。在我们看来，这一原理证明为具有前所未有的功能和性能的TOF-PET MRI兼容探头的可行性铺平了道路，不仅是前列腺放射性示踪剂成像的创新，而且可能也适用于其他器官。
CRYSP: a Total-Body PET based on cryogenic cesium iodide crystals
Donostia International Physics Center（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Ikerbasque (Basque Foundation for Science)（伊克拉巴斯基（巴斯克科学基金会））；Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), Centro Mixto CSIC - Universitat Politècnica de València（分子成像仪器研究所（I3M），CSIC-瓦伦西亚理工大学联合中心）；Universidad del País Vasco (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC & Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），CSIC与瓦伦西亚大学）
A novel TOF-PET MRI detector for diagnosis and follow up of the prostate cancer
前列腺癌是男性最常见的疾病，也是癌症死亡的第二大原因。用于癌症诊断的通用大型成像仪器具有灵敏度、空间分辨率和对比度，不足以完成对诸如前列腺的小器官的细节进行成像的任务。此外，多模态成像可以发挥重要作用，合并来自同步PET和MRI的解剖和功能细节。事实上，多参数PET/MRI被证明可以提高诊断，但它有太多的假阳性。为了解决当前技术的上述限制，我们已经提出，建立和测试，由于TOPEM项目由意大利国家核物理研究所资助的直肠内PET-TOF/MRI探头的原型。在应用的放大PET几何结构中，性能由放置在更靠近源的高分辨率探测器主导。所选几何结构中的预期空间分辨率约为1.5 mm FWHM，效率为常规PET扫描仪的2倍。在我们的实验研究中，我们已经获得了约320 ps的FWHM的时间分辨率，并在同一时间的相互作用深度（DOI）的分辨率为1毫米以下。测试还表明，相互不利的PET-MR效应是最小的。此外，还设计、制造和测试了匹配的直肠内射频线圈。在接下来计划的研究中，我们希望受益于闪烁体晶体表面处理、SiPM技术和相关电子学的进一步进展，将使我们能够显著提高TOF分辨率
Positron Emission Tomography with quantum-entangled Compton events: first imaging results at clinically relevant activities
University of Zagreb（萨格勒布大学）；Institute for Medical Research and Occupational Health（医学研究与职业健康研究所）；University Hospital Centre Zagreb（萨格勒布大学医院中心）；School of Physics, University of Sydney（悉尼大学物理学院）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-UV（粒子物理研究所（IFIC），西班牙国家研究委员会-瓦伦西亚大学）
