A novel method for calibration and monitoring of time synchronization of TOF-PET scanners by means of cosmic rays
用于TOF-PET扫描仪检测器的校准和监测的所有现有方法都利用放射性同位素，例如$^{22}$ Na或$^{68}$ Ge，其被放置或旋转在扫描仪内。本文介绍了一种基于宇宙射线应用于PET校准和监测的新方法。该概念允许克服本方法的许多缺点，并且它非常适合于新开发的具有大纵向视场的TOF-PET扫描仪。该方法还能够监测闪烁体材料的质量，并且通常允许PET探测器性能的连续质量保证。
2014-03-07 nucl-ex physics.ins-det physics.med-ph
First positronium imaging using $^{44}$Sc with the J-PET scanner: a case study on the NEMA-Image Quality phantom
Jagiellonian University（雅盖隆大学）
本文首次利用$^{44}$Sc进行正子寿命成像，采用NEMA-图像质量phantom进行实验，展示了模块化J-PET扫描仪在生物组织亚分子特性研究中的应用。
2025-09-29 physics.ins-det physics.med-ph
STRIP-PET: a novel detector concept for the TOF-PET scanner
我们简要地介绍了一种新的PET扫描器的设计的基础上，在一个桶构成一个大的接受检测器排列的聚合物增透剂条。所提出的解决方案是基于聚合物分散剂的优越定时特性。探测器材料中伽马量子反应的位置和时间将基于光信号到达闪烁体条边缘的时间来确定。
2013-05-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
PETAT -- An ASIC for Simple and Efficient Readout of Large PET Scanners
本文介绍最新一代PETA读出ASIC，通过无FPGA的分层串行读出、时间排序数据流和串行供电架构，简化大型PET扫描仪的电子学设计并降低供电压降与功耗。
2024-12-03 physics.ins-det physics.med-ph
Monte Carlo study of the Coincidence Resolving Time of a liquid xenon PET scanner, using Cherenkov radiation
在本文中，我们使用详细的蒙特卡罗模拟，以证明液体氙（LXe）可以用来建立一个切伦科夫为基础的TOF-PET，与一个内在的符合分辨时间（CRT）在10 ps附近。这种非凡的性能是由于三个事实：a）液体氙的切伦科夫光子的大量发射; b）事实上，液体氙对切伦科夫光是透明的;以及c）事实上，液体氙中最快的光子具有高于300 nm的波长，因此可以将闪烁和切伦科夫光的检测分开。因此，切伦科夫LPET-TOF-PET探测器中的CRT由光电传感器和电子器件引入的分辨率（时间抖动）主导。然而，我们表明，对于足够快的光电传感器（例如，整体40 ps的抖动，这可以通过当前的微通道板光电倍增管实现）的整体CRT在30和55 ps之间变化，这取决于检测效率。这仍然比商业CRT设备好一个数量级，并且将用小型实验室原型获得的最佳CRT提高了3倍。
2017-08-08 physics.ins-det physics.med-ph
Investigation of the Coincidence Resolving Time performance of a PET scanner based on liquid xenon: A Monte Carlo study
在PET扫描器中重合记录的两个511 keV伽马的飞行时间的测量提供了减少随机背景的有效方式，并且因此增加了扫描器灵敏度，只要伽马的重合分辨时间（CRT）足够好。当今最好的商业PET-TOF系统（基于LYSO晶体和数字SiPM）是Philips的VEREOS，其CRT为316 ps（FWHM）。在本文中，我们提出了一个Monte Carlo研究的CRT性能的PET扫描仪利用液体氙的蒸发性能。我们发现，一个优秀的CRT的70 ps（取决于PDE的传感器），可以得到如果扫描仪仪器与硅光电倍增器（SiPMs）敏感的紫外线氙发射。或者，可以获得160 ps的CRT，用涂有合适的波长移位器的（便宜得多的）蓝敏感SiPM装备扫描仪。这些结果显示了基于液体氙的PET装置的优异的飞行时间能力。
2016-09-17 hep-ex physics.ins-det
A monolithic ASIC demonstrator for the Thin Time-of-Flight PET scanner
飞行时间测量是PET扫描仪中的重要进步，以改善具有较低递送辐射剂量的图像重建。本文介绍了用于TT-PET项目的单片ASIC，这是一种用于小动物高精度PET扫描仪的新想法。该芯片采用SiGe Bi-CMOS工艺进行时序测量，将全耗尽像素矩阵与每个通道的低功耗BJT前端集成在同一个100 $μ m$厚的芯片上。对于来自511 keV光子的转换的电子，目标定时分辨率为30 ps RMS。一种新的同步方案，使用一个正在申请专利的TDC是用来允许在皮秒级的近2000个不同的芯片上的160万个通道的同步。生产了一个全功能的演示芯片，该芯片具有500 × 500 $μ m^{2}$像素的3 × 10矩阵，用于验证每个块。本文介绍了它的设计和实验结果。
2018-11-26 physics.ins-det
J-PET analysis framework for the prototype TOF-PET detector
新型TOF-PET扫描仪解决方案除了需要最先进的探测器外，还需要软件来快速处理收集的数据、监控整个扫描仪和重建PET图像。在这篇文章中，我们提出了一个分析框架的J-PET合作的Jagiellonian大学物理研究所开发的新型STRIP-PET扫描仪。该软件是基于ROOT包在许多粒子物理实验中使用。
2014-03-07 physics.data-an physics.ins-det physics.med-ph
A feasibility study of ortho-positronium decays measurement with the J-PET scanner based on plastic scintillators
我们提出了一个应用Jagiellonian正电子发射断层扫描仪（J-PET）登记的γ量子的正电子偶素（o-Ps）衰变的研究。J-PET是第一台基于有机发光剂的正电子发射断层成像扫描仪，与目前所有基于无机晶体的PET扫描仪形成对比。蒙特卡罗模拟表明，J-PET作为一种轴对称和高接受度的扫描仪，可以用作多用途探测器，非常适合进行研究，包括例如，除了医学成像外，还包括正电子素衰变中的离散对称性测试。源自o-Ps衰变的伽马量子主要通过康普顿效应在塑性介质中相互作用，使得直接测量它们的能量是不可能的。然而，它是在本文中所示的J-PET扫描仪将使研究的o-Ps $\to3γ$衰变的角度和能量分辨率等于$σ(θ) \approx 0.4^{\circ}$和$σ(E) \approx 4.1$千电子伏，分别。一个数量级较短的衰减时间的信号从塑料制冷剂相对于无机晶体的结果，不仅在更好的定时性能的减少物理和仪器背景的关键，但也抑制了堆积显着，从而使补偿较低的效率的塑料制冷剂通过执行测量与较高的正电子源活动。
2016-08-22 physics.ins-det
Overview of the software architecture and data flow for the J-PET tomography device
现代TOF-PET扫描仪系统需要高速计算资源来进行有效的数据处理、监控和图像重建。在这篇文章中，我们提出了新的TOF-PET扫描仪开发的J-PET合作的数据流和软件架构。讨论了数据采集系统、重建框架和图像重建软件。此外，在医院外的远程中心，如在波兰的Eschuwierk计算中心的计算的概念。
2016-02-27 physics.ins-det physics.med-ph
Realistic Total-Body J-PET Geometry Optimization -- Monte Carlo Study
本研究通过 Monte Carlo 模拟比较五种全身 J-PET 几何结构，评估 2-gamma/3-gamma 灵敏度、成本与重建图像，为下一代低成本全身 PET 设计提供依据。
2025-01-16 physics.ins-det physics.med-ph
Improving PET scanner time-of-flight resolution using additional prompt photon
本研究提出利用额外瞬发光子信息改进PET三重符合事件的位置重建，结合正电子素寿命分布，并基于模拟数据验证了该方法能提升飞行时间分辨率。
2025-03-19 physics.ins-det physics.med-ph
Processing optimization with parallel computing for the J-PET tomography scanner
Jagiellonian-PET（J-PET）合作正在开发一种基于长聚合物反射器的TOF-PET探测器原型。这种新颖的方法利用了塑料恒温器出色的时间特性，可以进行非常精确的时间测量。非常快速的基于FPGA的前端电子设备和数据采集系统，以及低级和高级重建算法是专门开发的，用于J-PET扫描仪。TOF-PET数据处理和重建是时间和资源要求高的操作，特别是在大接收探测器的情况下，其工作在无干扰数据采集模式下。在这篇文章中，我们讨论了并行计算方法，适用于优化的数据处理的J-PET探测器。我们开始与并行计算的一般概念，然后我们讨论这些技术在J-PET数据处理的几个应用。
2015-08-11 physics.comp-ph physics.ins-det
Towards 2+1 photon tomography: Energy-based selection of two 511 keV photons and a prompt photon with the J-PET scanner
本文研究了分离正负电子对湮灭产生的511 keV光子和原子核去激发产生的瞬发光子的可能性。它可能被用来提高重建图像的质量在2+1光子断层扫描的J-PET扫描仪。首先，对通过\b{eta} +衰变随后被激发的核的去激发而衰变的几种放射性同位素进行研究。效率，纯度和假阳性率计算为每个同位素作为能量沉积阈值的函数，假设由511 keV光子引起的信号沉积的能量值小于1 z 13选定的阈值，而提示光子沉积的能量大于阈值。分析结果与放射性同位素的物理性质，建议使用44 Sc，这是最有前途的候选人的医疗应用。利用GATE和J-POS仿真软件，引入体模内散射，估计最佳能量沉积阈值约为375 keV。它对应于511 keV信号的几乎100%效率，511 keV光子的75%纯度，以及瞬发光子的大约70%效率和纯度。
2018-03-02 physics.ins-det physics.med-ph
Estimating relationship between the Time Over Threshold and energy loss by photons in plastic scintillators used in the J-PET scanner
过阈值时间（TOT）技术由于其在多通道读出中的应用而得到广泛的应用，主要是在需要快速信号处理的情况下。使用TOT技术代替电荷积分方法作为能量损失的度量，通过结合时间和能量信息来显著降低信号读出成本。因此，这种方法可以潜在地用于J-PET断层扫描仪，这是建立从塑料制冷剂，其特征在于快速光信号。采用该技术的缺点在于输入能量损失与信号的TOT之间的非线性相关。这项工作背后的主要动机是开发TOT和能量损失之间的关系，并验证它与J-PET断层扫描。使用放置在J-PET断层摄影机中心的$^{22}$ Na β发射源进行实验。人们可以获得两种不同能量的初级光子：来自正电子湮灭的511 keV光子（直接湮灭或通过形成对位电子偶素原子或正电子偶素原子的拾取过程），以及1275 keV的瞬发光子。这允许研究TOT值和能量范围高达1000 keV的能量损失之间的相关性。由于光子主要通过塑料闪烁体内部的康普顿散射相互作用，因此没有初级光子能量的直接信息。然而，使用J-PET几何结构，可以测量相互作用光子的散射角。由于$^{22}$ Na源发射两种不同能量的光子，因此需要明确知道入射光子的能量及其相应的散射角，以估计能量沉积。在100-1000 keV的能量沉积范围内，建立了J-PET扫描器中塑料衰减器内光子相互作用能量损失与阈值时间的关系
2019-11-27 physics.ins-det physics.med-ph
Comparative Performance Analysis of Crystals in Total-Body PET Scanners: Monte-Carlo Simulation Study with Different Materials and Geometry
本研究基于uEXPLORER几何配置，利用Geant4模拟比较标准LYSO、Mg,Ce:GAGG及金字塔形LYSO晶体在全身PET中的性能，发现金字塔形LYSO以42 ps符合时间分辨率最优，并揭示了灵敏度、时间与能量分辨率间的权衡。
2025-04-09 physics.ins-det
FIRST: Fast Iterative Reconstruction Software for (PET) tomography
小动物PET扫描仪需要高空间分辨率和良好的灵敏度。为了在3D-PET中重建高分辨率图像，迭代方法（诸如OSEM）优于解析重建算法，尽管它们的高计算成本仍然是一个严重的缺点。现代计算机的更高性能可以使迭代图像重建足够快，是可行的，只要我们能够处理大量的概率系数的系统响应矩阵在高分辨率PET扫描仪，这是一个困难的任务，阻止算法达到峰值计算性能。考虑到所有可能的轴向和面内对称性，以及某些准对称性，我们已经能够将存储系统响应矩阵（SRM）的内存需求降低到1 GB以下，这使我们能够将系统的整个响应矩阵保持在普通工业标准计算机的RAM内，从而使重建算法可以实现接近峰值的性能。SRM的元素被存储为三次样条曲线，并在重建过程中与体素大小相匹配。通过这种方式，结合了实时计算和完全存储SRM的优点。SRM的实时计算部分（将轮廓函数与体素大小匹配）占重建时间的10%至30%，具体取决于所选体素的数量。我们用商业小动物PET扫描仪的真实数据测试了我们的方法。结果（图像质量和重建时间）表明，所提出的技术是一种可行的解决方案。
2006-09-12 physics.ins-det physics.med-ph
Sampling FEE and Trigger-less DAQ for the J-PET Scanner
在本文中，我们提出了一个完整的数据采集系统（DAQ）连同读出机制的J-PET断层扫描仪。通常，探测器读出链由前端电子器件（FEE）、时间-数字或模数转换器（TDC或ADC）等测量设备、数据收集器和存储器构成。我们已经开发出一种系统，能够保持连续读出的数字化数据，而无需初步选择。这种操作模式导致高达8 Gbps的数据流，因此需要引入专门的模块用于在线事件构建和特征提取。配备Xilinx Zynq SoC和16个光收发器的中央控制器模块可作为真正的实时计算设施。我们的连续数据记录解决方案（无缓存）是此类检测器系统中的一种新方法，可确保大部分信息保存在存储器中，以供进一步的高级处理。信号鉴别采用了一种独特的方法，即使用FPGA结构中的LVDS缓冲器。
2016-02-17 physics.ins-det
Determination of the 3γfraction from positron annihilation in mesoporous materials for symmetry violation experiment with J-PET scanner
研究了各种介孔材料，以选择最佳材料用于需要高产率长寿命正电子素的实验。我们发现，用γ能谱和正电子湮没寿命谱（PAL）测定的3γ湮没分数在20%~ 25%之间变化。聚合物XAD-4中的3 γ分数和o-Ps形成概率最大。使用配备有能量色散X射线光谱仪EDS的扫描电子显微镜（SEM）进行的元素分析显示所研究的材料具有高纯度。
2016-02-17 nucl-ex physics.ins-det
NEMA NU 2-2018 performance evaluation of a new generation digital 32-cm axial field-of-view Omni Legend PET-CT
本研究按NEMA NU2-2018标准评估了首款商用数字锗酸铋PET-CT Omni Legend的性能，其多数指标优于同类GE扫描仪，搭配非ToF转ToF的神经网络校正后性能可媲美ToF系统，仍需临床验证优化。
2023-08-11 physics.ins-det physics.med-ph
Overview of the software architecture and data flow for the J-PET tomography device
现代TOF-PET扫描仪系统需要高速计算资源来进行有效的数据处理、监控和图像重建。在这篇文章中，我们提出了新的TOF-PET扫描仪开发的J-PET合作的数据流和软件架构。讨论了数据采集系统、重建框架和图像重建软件。此外，在医院外的远程中心，如在波兰的Eschuwierk计算中心的计算的概念。
2019-01-21 physics.ins-det
Calculation of time resolution of the J-PET tomograph using the Kernel Density Estimation
在本文中，我们估计的时间分辨率的J-PET扫描仪建立从塑料制冷剂。我们将信号处理的方法，使用吉洪诺夫正则化框架和核密度估计方法。我们得到简单的，封闭形式的时间分辨率的分析公式。所提出的方法进行了验证，使用注册的信号的装置的J-PET断层扫描仪从30厘米长的塑料闪烁体条构建的单个检测单元。结果表明，在装有真空管光电倍增管的J-PET扫描仪上得到的实验结果与理论结果是一致的。
2017-07-12 physics.app-ph physics.ins-det physics.med-ph
Calibration of photomultipliers gain used in the J-PET detector
光电倍增管通常用于商业PET扫描仪中，作为将正电子-电子湮灭产生的伽马量子在闪烁体中产生的光转换为电信号的装置。为了正确分析所获得的电信号，必须知道光电倍增管增益曲线，因为即使在相同型号的光电倍增管之间，增益也可能显著不同。在这篇文章中，我们描述了单光电子方法用于光电倍增管的校准应用于J-PET扫描仪，一种新的PET探测器正在开发中的雅盖隆大学。介绍了几种R4998型滨松光电倍增管的校准方法，并给出了校准曲线和增益的实例。
2013-12-16 nucl-ex physics.ins-det physics.med-ph
Test of a single module of the J-PET scanner based on plastic scintillators
Jagiellonian大学的J-PET合作正在开发基于塑料反射器的飞行时间正电子发射断层成像扫描仪。所进行的研究的主要挑战在于制定一种方法，允许应用塑料衰减器来探测低能伽马量子。在这篇文章中，我们报告了一个由BC-420塑料闪烁体条（尺寸为5x19x300mm^3）制成的单个检测模块的测试，该模块由滨松R5320光电倍增管两端读取。使用来自68 Ge同位素的湮灭量子的准直束并应用串行数据分析仪（Lecroy SDA 6000 A）进行测量，所述串行数据分析仪能够以50 ps间隔对信号进行采样。原型模块的时间分辨率被建立为优于80 ps（sigma）的单级歧视。确定沿条带的命中位置的空间分辨率对于湮没量子被确定为约0.93cm（西格玛）。由湮灭量子经由康普顿散射沉积的能量E的分数能量分辨率总计为sigma（E）/E = 0.044/sqrt（E[MeV]），并且对应于康普顿边缘处7.5%的sigma（E）/E。
2014-08-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The TT-PET Data Acquisition and Trigger System
介绍了薄型飞行时间PET（TT-PET）扫描仪的数据采集和触发系统。该系统被设计为以扫描仪中使用的1000个像素传感器的顺序读出，并向每个传感器提供参考定时信号，以便测量优于30 ps的时间差。该时钟分布被测量为在传感器处具有小于4ps的抖动。收集的数据在转发到存储之前在本地进行处理。数据流以及控制，配置和监控方面也得到了解决。
2018-12-10 physics.app-ph physics.ins-det
Test beam measurement of the first prototype of the fast silicon pixel monolithic detector for the TT-PET project
TT-PET合作正在开发一种用于小动物的PET扫描仪，具有30 ps的飞行时间分辨率和亚毫米级3D检测粒度。扫描仪的敏感元件是基于最先进的SiGe BiCMOS技术的单片硅像素检测器。TT-PET的第一个ASIC原型是在实验室中生产和测试的，电离粒子最少。根据模拟，电子器件表现出低于600 e-RMS的等效噪声电荷和小于2 ns的脉冲上升时间。具有0.8pF电容的像素被测量为具有大于99%的检测效率，并且尽管在不存在后处理的情况下，具有大约200 ps的时间分辨率。
2018-02-06 physics.ins-det
Evaluating plastic scintillator performance as a substitute of LYSO in SiPM based animal PET scanners: A GEANT4 simulation analysis
本研究通过GEANT4模拟评估塑料闪烁体替代LYSO在动物PET中的性能，发现等效长度需为LYSO的4倍，CRT约300 ps，可实现约4.5 cm的图像分辨率。
2025-10-16 physics.ins-det
Synchronisation and calibration of the 24-modules J-PET prototype with 300~mm axial field of view
在J-PET项目框架内进行的研究旨在开发具有成本效益的全身正电子发射断层成像扫描仪。作为从长条塑料切片构建全尺寸J-PET断层扫描仪的第一步，构建并测试了24条原型。该原型由轴向排列的检测模块组成，形成内径为360 mm的圆柱形诊断室，轴向视场为300 mm。由于塑料衰减器条的轴向排列，打开了用于全身PET扫描仪的低成本构造的前景，其具有小的光衰减，优越的定时特性，以及轴向视场的成本有效增加的可能性。所提出的原型包括专用的完全数字前端电子电路和无源数据采集系统，这需要开发新的校准方法，包括时间，阈值和增益同步。该系统和详细的校准方法，包括24模块的J-PET原型的第一个结果，并进行了讨论。所获得的符合分辨时间等于CRT = 490 $\pm$ 9 ps。该值可以转换为位置重建精度$σ(Δl) =$ 18 mm，其与位置无关。
2020-08-25 physics.ins-det physics.med-ph
Cryogenic cesium iodide as a potential PET material
针对全身PET成本高的问题，本研究测量了低温下纯CsI晶体的性能，发现其在104 K时具有高光产额、6.3%能量分辨率和1.84 ns符合时间分辨率，表明低温CsI是经济高效的PET材料。
2025-06-24 physics.ins-det physics.med-ph
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）
CRYSP利用低温铯碘晶体实现高灵敏度全身PET，提供低成本高性能的成像解决方案。
2026-01-02 physics.ins-det physics.med-ph
Estimating the NEMA characteristics of the J-PET tomograph using the GATE package
新型的全身PET系统是由{J-PET}合作开发的。它由圆柱形轴向排列的塑料闪烁体条组成，从而实现了全身PET的成本效益结构。为了确定扫描仪原型的属性并优化其几何形状，使用GATE软件进行了高级计算机模拟。空间分辨率，灵敏度，散射分数和噪声等效计数率估计根据NEMA规范作为断层扫描仪的长度，检测层的数量，断层扫描室的直径的函数，并为各种类型的应用读出。对于直径为85 cm、条带长度为100 cm、横截面为4 mm x 20 mm的单层几何结构和具有附加层波长移位器作为读出器的硅光电倍增器，扫描器中心的空间分辨率（FWHM）等于3 mm（径向、切向）和6 mm（轴向）。对于具有相同读数、直径和闪烁体长度的类似双层几何形状，其中条带横截面为7 mm x 20 mm，在40 kBq/cc放射性浓度下达到300 kcps的NECR峰值，散射分数估计为约35%，并且中心处的灵敏度总计为14.9 cps/kBq。还测定了敏感性曲线。
2018-08-01 physics.ins-det
PETALO: a Time-of-Flight PET with liquid xenon
液体氙具有几个特点，使其适用于核医学的应用，如高闪烁产额和快速闪烁衰减时间。此外，作为具有均匀响应的连续介质，液体氙允许避免基于结晶的常规检测器的大多数几何失真。在本文中，我们描述了这些属性如何激发了正电子发射断层成像扫描仪与飞行时间测量，它结合了液体氙蒸发量和硅光电倍增器作为传感器的新概念的发展。蒙特卡洛研究指出，这项技术将提供出色的固有时间分辨率，低至70 ps。此外，液体氙对UV和蓝色波长的透明性开启了利用闪烁和切伦科夫光用于具有飞行时间能力的高灵敏度正电子发射断层成像扫描仪的可能性。蒙特卡罗模拟指出，使用切伦科夫光获得的时间分辨率为30-50 ps。目前正在建造一个原型，以展示这一概念在能量、时间和空间坐标重建方面的高分辨率，使用的是一个内径30厘米、深3厘米的环，装有对真空紫外线敏感的硅光电倍增器。
2021-02-26 physics.ins-det
Optimisation of the event-based TOF filtered back-projection for online imaging in total-body J-PET
我们进行了新开发的飞行时间（TOF）图像重建算法的参数研究，提出了全身Jagiellonian PET（J-PET）扫描仪的实时成像。非对称3D滤波核被应用在电子正电子湮没的每个最可能的位置处，从背对背$γ$ -光子的发射估计。使用蒙特卡罗模拟的1毫米的球形源，NEMA IEC和XCAT体模内的理想的J-PET扫描仪的参数的优化进行了研究。包括TOF滤波反投影（FBP）的高通滤波器的组合导致在轴向方向上比常规3D FBP高1.5 $\times$的空间分辨率。对于NEMA IEC和XCAT的真实$10$分钟扫描，需要在噪声和空间分辨率之间进行权衡，证明了高斯TOF内核组件与中值后滤波的需要。最佳的3D滤波器参数集通过Nelder-Mead最小化结果图像和参考图像之间的均方误差来获得。当时间分辨率低于50 ps时，该方法允许使用IEC体模训练用于定制扫描的重建算法。最佳结局的图像质量参数估计系统性优于非TOF FBP。
2021-07-27 physics.comp-ph physics.ins-det physics.med-ph
Comparative studies of plastic scintillator strips with high technical attenuation length for the total-body J-PET scanner
本研究比较六种长塑料闪烁体的光谱与 TAL，发现 BC-408 和 EJ-200 透射率与衰减长度最佳，并确定 EJ-200 的 24 mm × 6 mm 截面最适合 TB-J-PET。
2024-08-03 nucl-ex physics.ins-det
Application of WLS strips for position determination in Strip PET tomograph based on plastic scintillators
提出了一种利用波长移动（WLS）条矩阵确定塑料闪烁体块中γ量子吸收点的方法。应用这种方法，以提高位置分辨率的新提出的PET探测器的基础上塑料制冷剂。该方法能够减少在当前使用的正电子发射断层成像扫描仪中出现的图像重建中的视差误差。
2013-11-24 hep-ex physics.ins-det physics.med-ph
PETALO: Time-of-Flight PET with liquid xenon
由于液体氙的闪烁衰减时间快，闪烁产额高，使其成为核医学的理想材料。此外，作为具有均匀响应的连续介质，液体氙允许避免基于结晶的常规检测器的大多数几何失真。在本文中，我们描述了这些属性如何激发了一个新的概念，正电子发射断层成像扫描仪与飞行时间测量，它使用液体氙作为一种增感材料和硅光电倍增器作为传感器的发展。蒙特卡罗研究表明，该技术将提供非常好的固有时间分辨率，约为70 ps。此外，由于液态氙对紫外线和蓝色波长透明，因此可以利用闪烁和切伦科夫光。虽然前者可用于能量测量，但后者是一种即时信号（几皮秒），可提供非常精确的时间测量。蒙特卡罗模拟指出，使用切伦科夫光获得的时间分辨率为30-50 ps。正在建造第一个原型，以展示这一概念的高能量、空间和时间分辨率，使用内径约30厘米、深3厘米的环，装有真空紫外敏感硅光电倍增器。
2019-11-22 physics.ins-det physics.med-ph
Evaluation of Single-Chip, Real-Time Tomographic Data Processing on FPGA - SoC Devices
以Jagiellonian PET（J-PET）扫描仪为例，开发并评价了一种新的断层数据处理方法。我们提出了一个系统，其中有没有强大的，本地的扫描仪处理设施，能够重建图像的飞行。相反，我们引入了一个现场可编程门阵列（FPGA）片上系统（SoC）平台，直接连接到来自扫描仪的数据流，它可以执行事件的建设，过滤，重合搜索和响应区域（ROR）重建的可编程逻辑和可视化的集成处理器。该平台显著减少了将原始数据转换为列表模式表示的数据量，同时动态生成可视化。
2018-07-26 physics.ins-det
J-PET: a new technology for the whole-body PET imaging
Jagiellonian正电子发射断层扫描仪（J-PET）是第一台由塑料制造的PET。J-PET原型由192个检测模块组成，轴向排列在三层中，形成内径为85 cm和轴向视场为50 cm的圆柱形诊断室。长塑料条带的轴向布置、它们的小的光衰减、优越的定时特性以及轴向视场的相对容易的增加为全身PET扫描器的成本有效构造以及MR和CT兼容的PET插入件的构造开辟了有希望的前景。将介绍和讨论J-PET断层扫描仪的发展现状。
2017-10-31 hep-ex physics.ins-det physics.med-ph
Determination of the map of efficiency of the J-PET detector with the GATE package
J-PET协作组正在开发一种新型PET探测器，它由聚合物稀释剂条组成。给出了双条J-PET扫描器的效率图和几何接受度图。使用基于GEANT 4的蒙特卡罗模拟软件GATE确定效率图。使用基于卡方检验的方法比较两种图。
2014-02-27 physics.ins-det
An FPGA Based energy correction method for one-to-one coupled PET detector: model and evaluation
基于硅光电倍增器（SiPMs）的PET扫描器已经被广泛用作先进的核医学成像技术，其产生局部体内生物学和生物化学的定量图像。SiPM的紧凑尺寸允许闪烁晶体和光电传感器之间的直接一对一耦合，从而产生比必须在光电倍增管（PMT）PET系统中使用的光共享方法更好的定时和能量分辨率。为了减小读出电子设备的体积，具有位置解码器的前端多路复用器是没有高度集成的专用集成电路（ASIC）的一对一系统的常见选择。然而，在这种情况下，我们不能测量每个晶体的沉积能量激发的湮灭光子，所以晶间散射（ICS）事件将导致晶体错位，然后恶化探测器的固有分辨率。此外，考虑到SiPM的增益色散和非线性输出导致的能量窗口内的事件拒绝，需要能量校正机制。然而，缺乏每个晶体的能量信息将引入大的能量校正误差的ICS事件。针对这一问题，本文提出了一种在Kintext-7现场可编程门阵列（FPGA）器件上实现的在线能量校正机制。实验室中的实验使用8 X 8分段LYSO晶体与8 X 8 SiPM（J系列，来自ON Semiconductor）阵列耦合进行，该阵列在22 Na点源激发下。测试结果表明，非ICS和ICS事件的能量都可以精确校正，能量分辨率优于12%。我们还将此方法应用于实际的临床PET扫描仪下的68 Ge线源，以验证其多通道的可靠性。
2022-01-06 physics.ins-det
Evaluation of Coincidence Time Resolution in a liquid xenon detector with silicon photomultipliers
本研究探索在PET中结合液氙与硅光电倍增管以增强飞行时间分辨率，通过优化原型实现281 ps FWHM的符合时间分辨率，证明液氙可作为传统闪烁体的可行替代方案。
2025-06-27 physics.ins-det physics.med-ph
Low-Dose High-Resolution TOF-PET Using Ionization-activated Multi-State Low-Z Detector Media
我们提出了PET扫描仪使用低原子序数的媒体，经历了一个持久的局部变化的状态沿路径的康普顿反冲电子。个别散射的位置和角度，沉积的能量，和反冲电子方向的测量允许使用2体康普顿散射过程的运动学约束，以执行散射的统计时间排序，具有精确识别伽马射线在检测器中第一次相互作用的高概率。在这些情况下，响应线以高分辨率测量，由基础物理过程而不是检测器分割确定。有多种这样的媒介，通过不同的机制发挥作用。作为一个例子，其中状态的变化是量子力学通过分子构型的变化，而不是热力学，如在一个泡室，我们提出了模拟的两个状态的光开关的有机染料，一个“开关”，这是激活的荧光能力状态的反冲电子的电离。活化状态是持久的，并且可以被光学激发多次以使单个活化分子成像。能量分辨率是通过对激活的分子进行计数来提供的。沿LOR的定位是由大面积的飞行时间MCP-PMT光电探测器实现的，单光子时间分辨率在几十ps和亚毫米的空间分辨率。模拟表明剂量大幅减少。
2021-08-03 physics.ins-det physics.med-ph
Design considerations for a new generation of SiPMs with unprecedented timing resolution
光子探测器实现精确定时信息的潜力在许多领域中越来越重要，尤其是医学成像中的PET和CT扫描仪以及粒子物理探测器。将PET扫描仪的灵敏度提高一个数量级，并通过飞行时间（TOF）为每个事件提供真实空间点的目标，以及未来粒子加速器设置的限制，要求基于电离辐射探测器的时间分辨率进一步飞跃，最终达到亚MeV能量沉积的几皮秒分辨率。尽管在过去的十年中，几家制造商取得了令人印象深刻的进展，SiPM的单光子时间分辨率（SPTR）仍然在70- 120 ps FWHM的范围内，而10 ps或更小的值将是理想的。这一步骤需要打破传统方法，开发新技术。将纳米光子学的非凡潜力与现代微电子学和3D电子集成提供的新方法相结合的可能性为开发具有前所未有的光电检测效率和时序分辨率的新一代基于超材料的SiPM开辟了新的前景。
2021-01-08 physics.ins-det
Initial PET Performance Evaluation of a Preclinical Insert for PET/MRI with Digital SiPM Technology
Hyperion-IID是一种正电子发射断层成像（PET）插件，允许在临床磁共振成像（MRI）扫描仪中同时操作。为了读出所采用的间距为1 mm、高度为12 mm的LYSO晶体阵列的闪烁光，使用数字硅光电倍增器（DPC 3200-22，Philips Digital Photon Counting）（DPC）。基本PET性能的能量分辨率，符合分辨率时间（CRT）和灵敏度作为操作参数的函数，如操作温度，所施加的过电压，活性和DPC的配置参数，进行了系统级评估。测得的能量分辨率没有显示出对所选参数的较大依赖性，并且对于低活性在12.4-12.9%的范围内，并且在~100 MBq的活性下降低至~13.6%。CRT强烈地依赖于DPC的所选触发方案（Trigger Scheme，缩写为TCHR）。我们测量了大约260 ps，440 ps，540 ps和1300 ps的分别为101 -4。具有70 mm长放射性管的NEMA NU 4小鼠大小散射体模的真实灵敏度取决于操作参数，在低放射性下确定为0.4-1.4%。在高达100 MBq的活度下，随机分数保持在5%以下，并且对于411-561 keV的能量窗口，散射分数被评估为约6%，对于250-625 keV的能量窗口，散射分数被评估为约16%。此外，我们进行了成像实验，使用小鼠大小的热棒幻影和大兔子大小的幻影。在重建的小鼠大小的热棒体模的2D切片中…
2016-04-15 physics.ins-det physics.med-ph
Time resolution of the plastic scintillator strips with matrix photomultiplier readout for J-PET tomograph
Jagiellonian正电子发射断层成像系统（J-PET）由30 cm长的塑料闪烁体条组成，最近对该系统的单个模块进行的测试已证明其适用于探测湮没量子（0.511 MeV），符合分辨时间（CRT）为0.266 ns。所实现的分辨率几乎是由一个因素的两个更好的相对于当前的TOF-PET探测器，它仍然可以改善，因为它是在这篇文章中所示的，时间分辨率的固有限制，用于确定时间的0.511 MeV的伽马量子在塑料闪烁器的相互作用是低得多。作为本文的重点，介绍了一种利用硅光电倍增器矩阵（SiPM）在闪烁体条两端记录多个光子时间戳的方法。作为模拟的结果，与SiPM的数量从4到42变化进行，它示出的定时分辨率的改善饱和与光电倍增管的数量的增加，并且在两端的2 × 5配置允许读取20个时间戳，构成了最佳的解决方案。所进行的模拟占的发射时间分布，光子传输和吸收内的闪烁体，以及量子效率和渡越时间扩散的光电传感器，并根据实验结果进行了检查。SiPM的2 x 5矩阵的应用允许在正电子发射断层成像中实现对于15 cm轴向视场（AFOV）的$\approx$ 0.170 ns和对于100 cm AFOV的$\approx$ 0.365 ns的符合分辨时间。该结果为构建具有成本效益的TOF-PET扫描仪开辟了前景，相对于当前的TOF-PET模式，该扫描仪具有显著更好的TOF分辨率和更大的AFOV。
2016-03-19 physics.ins-det physics.med-ph
Imaging simulation of a dual-panel PET geometry with ultrafast TOF detectors
本研究通过Geant4模拟探究搭载超快TOF探测器的双面板PET的成像特性，分析不同TOF分辨率与探测效率下的成像表现，验证了该结构的可行性及相比传统方案的潜在优势。
2025-07-30 physics.ins-det physics.med-ph
Hit-time and hit-position reconstruction in strips of plastic scintillators using multi-threshold readouts
本文研究了一种重建光子在长闪烁体探测器中的击中位置和击中时间的新方法。本研究的动机是最近发展的正电子发射断层成像扫描仪的基础上塑料散热器。该方法为多电压技术中的信号处理提供了一种新的思路。它基于对记录的信号和存储在库中的同步模型信号之间的相似度的确定。为沿闪烁体长度的一组明确定义的命中位置建立库。使用马氏距离作为两个比较信号之间相似性的度量。使用尺寸为5 × 9 × 300 mm $^3$的两条J-PET原型测量的实验数据验证了该方法。获得的飞行时间（TOF）和空间分辨率分别为325 ps（FWHM）和25 mm（FWHM）。还将TOF分辨率与使用线性拟合方法进行的类似研究的结果进行了比较。最好的TOF分辨率与此方法在四个预定义的阈值水平，这是可比的分辨率从马哈拉诺比斯距离在两个预定义的阈值水平。虽然线性拟合方法的算法比Mahalanobis方法应用起来简单得多，但是Mahalanobis距离的应用需要较低数量的应用阈值水平，并且因此降低了PET扫描仪中使用的电子器件的成本。
2020-04-27 physics.ins-det physics.med-ph
Application of the Compress Sensing Theory for Improvement of the TOF Resolution in a Novel J-PET Instrument
如今，在正电子发射断层成像（PET）系统中，使用飞行时间信息来改进图像重建过程。在飞行时间PET（TOF-PET）中，快速探测器能够测量两种伽马射线的到达时间的差异，其精度能够显著缩短沿响应线（LOR）发生湮灭的范围。在称为J-PET扫描仪的新概念中，伽马射线在塑料反射器中被检测到。在单条J-PET系统中，通过在幅度域中探测信号来获得时间值。由于压缩感知理论，有关信号的形状和幅度的信息被恢复。在本文中，我们表明，基于所获得的信号参数，可以提供更好的信号归一化，以提高TOF分辨率。使用由专用检测装置记录的大样本数据测试该过程，该检测装置能够以50 ps的间隔对信号进行采样。实验装置提供了在塑料闪烁体条中的选定位置的辐照与湮没伽马量子。
2015-08-08 hep-ex physics.ins-det
Compressive Sensing of Signals Generated in Plastic Scintillators in a Novel J-PET Instrument
J-PET扫描仪允许对整个人体进行单床成像，目前正在Jagiellonian大学开发。讨论的检测器提供了飞行时间（TOF）分辨率的改善，由于使用快速塑料衰减器和专用电子允许采样的持续时间为几纳秒的信号的电压域。在本文中，我们表明仅基于几个样本就可以恢复整个信号。为了做到这一点，我们将训练信号合并到Tikhonov正则化框架中，并执行主成分分析分解，这是众所周知的压缩特性。该方法产生一个简单的封闭形式的解析解，不需要迭代处理。此外，从贝叶斯理论中可以很容易地导出正则解的性质，特别是其协方差矩阵。这是引入和证明信号恢复误差计算公式的关键。在本文中，我们表明，平均回收误差是近似成反比的采集样本的数量。
2015-04-04 physics.ins-det
Characterization of TOF-PET Detectors Based on Monolithic Blocks and ASIC-Readout
这项工作的目的是显示耦合到大型SiPM阵列的单片晶体的潜在能力，被认为是PET扫描仪实现飞行时间（TOF）功能的检测器块。单片块允许解码3D光子撞击位置。这种方法与TOF信息一起，在使用典型环配置的临床正电子发射断层成像（PET）应用中具有很高的意义。在这篇手稿中，我们评估了一个基于ASIC的读出数字化来自模拟光电传感器的所有信号。一对一耦合的验证结果导致202 ps FWHM的重合时间分辨率（CTR）。然而，当使用基于单片晶体的检测器时，提供定时分辨率是具有挑战性的。闪烁光在光电传感器上的广泛分布导致差的SNR，这使得系统对错误触发和时间游走误差敏感。在这个方向上，我们提出了一种校准方法，旨在纠正所有记录的时间戳，并补偿所有通道之间的时间路径的变化。此后，对于所有测量，观察到接近45%的CTR改善。此外，我们展示了一种新的方法，该方法描述了使用平均方法来为每个伽马影响分配单个时间戳。这种方法导致CTR在100 ps FWHM范围内的进一步改善，当使用耦合到8x8 SiPM（6x6 mm2）阵列的大的50x50x10 mm3 LYSO闪烁体时，达到585 ps FWHM的时间分辨率。这些试点研究显示了使用单片放大器时探测器关于TOF信息的能力。
2018-06-22 physics.ins-det
Measurement of gamma quantum interaction point in plastic scintillator with WLS strips
我们证明了测量的γ量子相互作用点的轴向坐标的可行性，在一个塑料闪烁棒通过检测闪烁光子逃逸的闪烁体与一个阵列的波长移动（WLS）条。用一个BC-420闪烁体棒和16个BC-482 AWLS条阵列组成的测试装置，对$^{22}$ Na同位素的湮没光子的空间分辨率达到了~ 5.mm ~（$σ$）。所研究的方法可以用来提高空间分辨率的塑料闪烁体为基础的PET扫描仪，这是正在开发的J-PET合作。
2016-12-27 physics.ins-det
Novel method for hit-position reconstruction using voltage signals in plastic scintillators and its application to Positron Emission Tomography
目前，无机闪烁体探测器用于所有商业飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）设备。J-PET合作研究了用塑料制造PET扫描仪的可能性，该扫描仪将允许对整个人体进行单床成像。本文介绍了一种新的方法，击中位置重建的基础上采样信号和一个例子的方法的应用程序的一个单一的模块与30厘米长的塑料带，读取两端的滨松R4998光电倍增管。介绍了用于生成具有关于四个用户定义幅度的PET事件波形的样本的向量的采样方案。实验装置提供了一个选定的位置在塑料闪烁体条与湮没γ量子的能量为511~keV的照射。在给定的位置测量矢量的多元正态（MVN）分布的统计检验，它表明，在电压域中的四个阈值采样的信号是近似正态分布的变量。利用本文提出的四阈值波形采样矢量分析方法，获得了约1cm的空间分辨率和约80 ps的时间分辨率
2014-07-31 hep-ex physics.ins-det
