Feasibility of the J-PET to monitor range of therapeutic proton beams
目的：这项工作的目的是调查的可行性Jagiellonian正电子发射断层成像（J-PET）扫描仪治疗质子束范围监测。方法：使用GATE和CASToR进行PET图像重建的蒙特卡罗模拟研究，以比较6种J-PET扫描仪几何结构（3种双头和3种圆柱）。我们模拟了质子辐照的PMMA体模与一个单一的可调束（SPB）和可调布拉格峰（SOBP）的各种范围。每个扫描仪的灵敏度和精度进行了计算，并考虑到设置的成本效益，我们指出了潜在的最佳几何形状的J-PET扫描仪原型专用于质子束范围评估。主要结果：研究表明，双层圆柱形和三层双头结构是最有前途的临床应用。我们发现，扫描仪的灵敏度是10个$^{-5}$符合每一个初级质子的顺序，而SPB和SOBP照射计划的范围评估的精度被发现低于1毫米。在具有相同数量的探测器模块的扫描仪中，最好的结果被发现为三层双头几何形状。重要性：我们进行了模拟研究，证明J-PET探测器用于基于PET的质子束治疗范围监测的可行性，具有合理的灵敏度和精度，能够在临床质子治疗环境中进行临床前测试。考虑到灵敏度、精确度和成本效益，双层圆柱形和三层双头J-PET几何结构在未来的临床应用中是有希望的。需要实验测试来证实这些发现。
2023-02-28 physics.med-ph
Module concept and thermo-mechanical studies of the silicon-based TT-PET small-animal scanner
TT-PET合作正在开发一种MRI兼容的小动物PET扫描仪，其中敏感元件是单片硅像素ASIC，目标是30 ps RMS时间分辨率。光子检测技术基于高Z光子转换器和100个$\mathrm{μm}$硅传感器的交替层的堆叠，以产生具有0.5 $\mathrm{\times}$ 0.5 $\mathrm{\times}$ 0.2 $\mathrm{mm^{3}}$粒度的扫描器，用于精确的相互作用深度测量。在本文中，我们提出了预期的数据速率，飞行时间和空间分辨率，以及图像重建的性能和不使用定时信息的模拟研究的结果。
2019-03-12 physics.ins-det physics.med-ph
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
Scatter fraction of the J-PET tomography scanner
J-PET合作组织正在开发一种基于塑料反射器的新型正电子发射断层成像系统。在这篇文章中，我们提出了散射分数的模拟结果，代表NEMA-NU-2-2012规范中定义的背景研究的关键参数之一。我们阐述了一个事件选择方法，允许抑制事件中的伽马量子在幻影中散射或在探测器中经历的多次散射。单层J-PET扫描仪的估计散射分数从37%到53%不等，取决于所施加的能量阈值。
2016-02-17 physics.ins-det physics.med-ph
Performance of three-photon PET imaging: Monte Carlo simulations
我们最近提出了在正电子发射断层成像中利用三光子正电子湮没的想法。本文用蒙特卡罗模拟和解析计算的方法研究了PET三γ成像的基本特性。两个典型的配置的人和小动物扫描仪被认为是。三光子成像需要高能量分辨率的探测器。目前可达到的参数CdZnTe半导体探测器，辐射成像的未来发展的技术选择，假设。空间分辨率被计算为探测器能量分辨率和尺寸、视场中的位置、扫描仪尺寸和三个伽马湮灭光子的能量的函数。可能的方法来提高空间分辨率获得标称参数：1.5厘米和3.2毫米半高宽为人类和小动物扫描仪，分别表示。典型的人类和小动物扫描配置的真实和随机三光子事件的计数率进行评估。一个简单的公式中检测到的病变的最小尺寸在三个伽玛为基础的图像。根据对比度和登记计数的总数，可以检测到人类几毫米大小的病变和小动物扫描仪的亚毫米大小的病变。
2005-07-11 physics.med-ph
An RPC-PET brain scanner demonstrator: first results
本文介绍一种基于RPC的脑部专用PET扫描仪演示装置，其具备30厘米立方体视场、40个气体间隙及光子作用点三维定位能力，并通过热棒体模实现亚毫米级图像分辨率。
2022-11-10 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
Performance assessment of the 2$γ$ positronium imaging with the total-body PET scanners
在活的生物体中，正电子-电子湮灭（发生在PET成像期间）通过产生亚稳态正电子素原子进行约30%。在组织中，由于拾取和转换过程，超过98%的正电子湮没成两个511 keV的光子。在这篇文章中，我们评估的可行性重建的平均正电子偶素寿命图像的基础上湮灭成两个光子。这项工作的主要目标包括：（i）估计的灵敏度的全身PET扫描仪的正电子偶素平均寿命成像使用$2γ$湮灭，和（ii）估计的空间和时间分辨率的正电子偶素图像的符合分辨时间（CRT）的扫描仪的函数。假设放射性药物用发射一个正电子和一个瞬发γ的$^{44}Sc$同位素标记，进行模拟。图像重建的基础上的三重符合事件。针对图像的每个体素确定正电子素寿命谱。计算了全身探测器构建的情况，包括（i）EXPLORER PET中使用的LYSO衰减器，以及（ii）预期用于经济高效全身J-PET扫描仪的塑料衰减器。为了评估空间和时间分辨率，假设CRT等于140 ps、50 ps和10 ps，考虑了三种情况。相对于AFOV= 20 cm的LYSO PET扫描仪进行标准$2γ$成像的灵敏度，成像三重重合的配准和选择的全身PET估计灵敏度分别高出12.2倍（对于LYSO PET）和4.7倍（对于塑料PET）。
2019-11-15 physics.ins-det physics.med-ph
First ex-vivo positronium imaging of tissues with modular J-PET scanner using $^{44}$Sc radionuclide
Jagiellonian University（雅盖隆大学）；AGH University of Science and Technology（AGH科技大学）；Institute of Nuclear Chemistry and Technology（核化学与技术研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；Cracow University of Technology（克拉科夫理工大学）；INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所，弗拉斯卡蒂国家实验室）
本研究首次使用模块化J-PET扫描仪和$^{44}$Sc放射性核素进行体外正电子对成像，验证了其在正电子对寿命成像中的应用潜力。
2026-02-07 physics.med-ph
Novel Method to Estimate Kinetic Microparameters from Dynamic Whole-Body Imaging in Regular-Axial Field-of-View PET Scanners
针对常规轴向视野 PET 全身动态扫描中早期 TAC 缺失导致微参数估计不准的问题，提出 PCDE 数据库匹配与多指标 TSS 选择方法，显著改善图像质量、可见性及肿瘤检测。
2024-05-13 physics.med-ph
Evaluation of Deep Learning-based Scatter Correction on a Long-axial Field-of-view PET scanner
本研究评估了基于CNN U-Net的深度学习散射估计方法在长轴向视野全身PET上的性能，通过蒙特卡罗模拟训练，在体模和临床数据上均优于传统SSS方法，展现出更高的准确性、鲁棒性和病灶对比度恢复能力。
2025-02-07 physics.med-ph
A simulation study of a dual-plate in-room PET system for dose verification in carbon ion therapy
由于碳离子治疗的能量主要沉积在选择性深度（通常称为布拉格峰），因此可以克服常规放射治疗的局限性，从而提高生物学效应。在碳离子治疗过程中，受照组织中通过核反应产生大量的正电子发射体，如$^{11}$ C、$^{15}$ O、$^{10}$ C等。在患者照射之后，PET扫描仪可以立即用于测量正电子发射器的空间分布，其可以跟踪碳束到组织。本研究基于GATE仿真平台，设计并评价了一种用于碳离子治疗患者剂量监测的双板室内PET扫描仪。双板PET旨在避免干扰碳束线和患者定位。并与四头和全环PET扫描仪的性能进行了比较。双板、四头和全环PET扫描仪分别由30、60、60个探测器模块组成，直接相对的探测器模块之间的距离为36 cm，用于剂量沉积测量。每个检测器模块由耦合到Hamamatsu H8500 PMT的2个$\times2\times$ 18 mm $^{3}$ LYSO像素的24个$\times$ 24阵列组成。为评价正电子发射体的产额，用172、200、250 AMeV $^{12}$ C束辐照10个$\times15\times$ 15 cm $^{3}$长方体PMMA体模。通过迭代重建算法产生三种类型扫描仪的活动分布的3D图像。通过比较沿碳束路径测量的正电子发射器的纵向轮廓，我们得出结论，开发双板PET扫描仪来监测碳离子治疗的剂量分布是可行的。
2013-10-08 physics.bio-ph physics.med-ph
Simulating NEMA characteristics of the modular total-body J-PET scanner -- an economic total-body PET from plastic scintillators
本研究的目的是估计的经济全身Jagiellonian-PET系统（TB-J-PET）的性能特征构造的塑料制冷剂。这些特性是根据NEMA NU-2-2018标准使用GATE软件包进行估算的。模拟探测器由24个模块组成，每个模块由32个塑料闪烁体条（每个闪烁体条具有6 mm × 30 mm的截面和140 cm或200 cm的长度）构成，所述塑料闪烁体条以规则的24边多边形的两层布置，所述多边形外接直径为78.6 cm的圆。对于轴向视场（AFOV）为200 cm的TB-J-PET，实现了3.7 mm（横向）和4.9 mm（轴向）的空间分辨率。在30 kBq/cc放射性浓度下，预期NECR峰值为630 kcps，中心灵敏度为38 cps/kBq。SF估计为36.2%。SF和空间分辨率的值与最先进的临床PET扫描仪和第一台全身断层扫描仪（uExplorer和PennPET）获得的值相当。相对于AFOV在16 cm至26 cm范围内的标准PET系统，TB-J-PET的特征在于NECR增加约4倍，全身灵敏度增加12.6至38倍。TB-J-PET的TOF分辨率预期为CRT=240 ps（FWHM）的水平。对于轴向视野（AFOV）为140 cm的TB-J-PET，使用对比度恢复系数（CRC）和背景变异性参数表示NEMA IEC体模重建图像的图像质量。TB-J-PET相对于当前商业PET系统的全身灵敏…
2021-07-03 physics.ins-det physics.med-ph
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
MERMAID-v1 PET Scanner Prototype: Initial Characterization and First Zebrafish Scans
Universität zu Lübeck（吕贝克大学）；Weill Cornell Medical College（韦尔康奈尔医学院）；University Hospital Lübeck（吕贝克大学医院）
本文介绍MERMAID-v1原型PET扫描仪，通过表征实验和斑马鱼扫描验证其性能，空间分辨率约0.7-0.8mm，成功实现活体小水生脊椎动物成像。
2026-06-17 physics.med-ph
Data-driven Improved Sampling in PET
本文提出一种数据驱动的PET插值采样方法，通过重建后估计虚拟subLOR计数并进行两到三次超级迭代，突破探测器几何采样限制，显著改善空间分辨率。
2023-07-17 physics.med-ph
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
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
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
Non-maximal entanglement of photons from positron-electron annihilation demonstrated using a novel plastic PET scanner
本文利用新型塑料PET扫描仪测定正负电子湮灭光子的偏振关联，发现纠缠程度随湮灭机制变化，为将偏振关联发展为PET诊断指标提供了新方向。
2025-04-08 nucl-ex physics.med-ph quant-ph
Positronium imaging with the novel multiphoton PET scanner
在分子疾病的初始阶段，癌症的体内评估和改变组织的精确定位是重要的诊断挑战。在正电子发射断层成像（PET）期间，正电子素在患者体内的自由分子空间中大量形成。正电子素的性质根据分子间和分子内空隙的大小以及其中分子的浓度而变化，例如，分子氧，O2;因此，正电子素显像可以提供有关分子改变初期疾病进展的信息。当前的PET系统不允许采集正电子素图像。这项研究提出了一种新的方法，使正电子素成像的同时登记的湮没光子和去激发光子标记的放射性核素的药物。第一个正电子素成像的幻影建立从心脏粘液瘤和脂肪组织证明。预计正电子素成像将大大提高PET诊断的特异性。
2021-12-16 physics.bio-ph physics.med-ph
Terbium-149 PET/CT: First Quantitative Imaging with a Clinical Long-Axial Field-of-View Scanner
Department of Nuclear Medicine, Inselspital, Bern University Hostpital, University of Bern（伯尔尼大学医院因塞尔斯皮塔尔核医学科）；ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, University of Bern（伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心）；Albert Einstein Center for Fundamental Physics (AEC), Laboratory for High Energy Physics (LHEP), University of Bern（伯尔尼大学阿尔伯特·爱因斯坦基础物理中心（AEC）高能物理实验室（LHEP））；Center for Radiopharmaceutical Sciences, PSI Center for Life Sciences, Villigen-PSI（维利根-PSI PSI生命科学中心放射药学科学中心）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）；Laboratory of Radiochemistry, PSI Center for Nuclear Engineering and Sciences（PSI核工程与科学中心放射化学实验室）
本文评估了149terbium在临床长轴视野PET/CT系统中的成像性能和定量准确性，发现其定量精度可与18F的EARL标准2相媲美，展示了149terbium在靶向α治疗中的应用潜力。
2026-08-12 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。
2016-02-27 physics.ins-det physics.med-ph
3Dπ: Three-Dimensional Positron Imaging, A Novel Total-Body PET Scanner Using Xenon-Doped Liquid Argon Scintillator
本文提出新型全身PET成像方法3Dπ，采用氙掺杂液氩闪烁体与硅光电倍增管，通过Monte Carlo模拟验证，其NECR、空间分辨率和TOF分辨率均显著提升，有望缩短扫描时间并降低辐射剂量。
2024-08-26 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
A systematic evaluation of machine learning classifiers for event-by-event background rejection in LAFOV PET scanners
研究针对 LAFOV PET 扫描仪背景率高的问题，将符合分类设为多类问题，用蒙特卡洛模拟评估多种分类器作重建前滤波器，对比两个特征集，发现 4 特征模型泛化性好，最佳模型优于传统方法，但提高图像质量还需改进。
2026-07-29 cs.CV physics.med-ph
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
Top-level Design and Simulated Performance of the First Portable CT-MR scanner
多模态成像硬件可以集成在单个机架中，以收集不同的数据集，用于补充信息和时空相关性，其中包括PET-CT和PET-MRI。然而，由于技术挑战和相关的成本效益考虑，到目前为止还没有CT-MRI原型。由于医学成像的快速发展，现在可以将具有成本效益的CT和MRI成像仪集成在一起，以实现便携性，普及性和即时护理。在本文中，我们提出了第一个便携式CT-MRI系统的顶层设计，并通过现实的数值模拟评估其成像性能。在该CT-MRI系统中，由两个半径约为40.0 cm的NdFeB环制成的磁体在等中心处形成约57 mT的磁场，并具有11.3 cm的间隙以容纳旋转的CT机架。靶向MR成像视野（FOV）为直径约15 cm的球体，CT的轴向直径约为20 cm，纵向直径约为5 cm。我们的研究结果表明，这样的混合动力系统的巨大潜力。所提出的CT-MRI系统将在不发达国家、灾难现场和战场的成像等应用中具有价值。
2022-03-30 physics.med-ph
Artificial Intelligence-Guided PET Image Reconstruction and Multi-Tracer Imaging: Novel Methods, Challenges, And Opportunities
针对LAFOV PET/CT灵敏度优异但空间分辨率与短轴向视野扫描仪相当、新临床应用待落地的问题，研究探讨将AI方法作为提升其图像分辨率的潜在方向，助力PET成像新应用落地。
2025-09-03 physics.med-ph
Virtual Cylindrical PET for Efficient DOI Image Reconstruction with Sub-millimetre Resolution
本研究提出一种虚拟圆柱体方法，通过凝聚物理响应线（LOR）来减少基于深度交互（DOI）的PET重建计算量，在实现50-86% LOR压缩率的同时保持了亚毫米级空间分辨率。
2024-03-25 physics.med-ph
Methods for Simulating TOF-PET in TOPAS Using a Low-Z Medium
本文提出利用扩展后的TOPAS/Geant4模拟低原子序数闪烁体TOF-PET全身扫描仪，记录完整粒子相互作用真值，并支持体模、剂量和FDG能谱等建模。
2023-09-29 hep-ex physics.med-ph
3D Mapping of Static Magnetic Field Magnitude and AxialComponents around a total body 3T MRI clinical scanner
本研究通过测量和插值方法，为医院内3T全身MRI扫描仪构建了边缘场大小和轴向分量的三维图，用于危害评估、人员培训及计算旋转运动中的感应电场。
2025-08-06 physics.med-ph
First Positronium Lifetime Imaging using $^{52}$Mn and $^{55}$Co with a plastic-based PET scanner
Jagiellonian University（雅盖隆大学）；Center for Theranostics, Jagiellonian University（雅盖隆大学诊疗中心）；Doctoral School of Exact and Natural Sciences, Jagiellonian University（雅盖隆大学精确与自然科学学院）；Institute of Nuclear Chemistry and Technology（核化学与技术研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；Laboratori Nazionali di Frascati, INFN（INFN弗拉斯卡蒂国家实验室）
本文首次利用塑料基PET扫描仪用$^{52}$Mn和$^{55}$Co进行正子寿命成像，研究了不同材料的正子寿命特性，并探讨了不同放射性同位素对成像效果的影响。
2026-03-23 physics.med-ph
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
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
Filling of incomplete sinograms from sparse PET detector configurations using a residual U-Net
Department of Mathematics and Mathematical Statistics, Umeå University（数学与统计学系，乌梅大学）；Department of Mathematical Sciences, University of Copenhagen（数学科学系，哥本哈根大学）；Norsk Regnesentral, Oslo（奥斯陆挪威计算中心）；UiT Machine Learning Group, Department of Physics and Technology, UiT The Arctic University of Norway（UiT机器学习组，物理与技术系，UiT北极大学）；The PET Imaging Center, University Hospital of North Norway（北挪威大学医院PET成像中心）；Nuclear Medicine and Radiation Biology Research Group, Department of Clinical Medicine, UiT The Arctic University of Norway（核医学与辐射生物学研究组，临床医学系，UiT北极大学）；Department of Diagnostics and Intervention, Oncology, Umeå University（诊断与介入系，肿瘤学，乌梅大学）；Department of Diagnostics and Intervention, Radiation Physics, Umeå University（诊断与介入系，辐射物理学，乌梅大学）
针对长轴向视野PET扫描仪因密集探测器成本高限制临床应用的问题，提出基于改进残差U-Net的深度正弦图恢复网络，在模拟移除50%探测器（保留25%响应线）的场景下恢复缺失数据，效果优于2D插值，为低成本全身PET设计提供可行方案。
2025-11-11 cs.CV eess.IV physics.med-ph
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
AI-based data corrections for attenuation and scatter in PET and SPECT
人工智能技术的最新发展已经实现了可以改善PET和SPECT中的衰减和散射校正的新发展。这些技术将能够使用准确和定量成像，而无需获取CT图像，大大扩展了PET/MRI、仅PET和仅SPECT扫描仪的功能。使用AI辅助散射校正将提高图像重建速度，并提高患者吞吐量。本文概述了这些新工具的使用，调查当代的实施，并讨论了它们的局限性。
2021-08-27 physics.bio-ph physics.med-ph
Low-Dose TOF-PET Based on Surface Electron Production in Dielectric Laminar MCPs
本文提出基于介质层状MCP表面电子产生的低剂量TOF-PET技术，通过模拟验证其可行性，可大幅降低辐射剂量，适用于早期筛查和便携式设备。
2023-10-18 hep-ex physics.med-ph
A simplified reconstruction of Positron Emission Tomography image using Time of Flight simulated data in Gate 10
Bioaraba Health Research Institute（Bioaraba健康研究所）；IKERBASQUE, Basque Foundation of Science（IKERBASQUE，巴斯克科学基金会）
研究利用门控10模拟中的超快飞行时间信息，通过TOF驱动的重建方法，借助亚皮秒时间戳将符合事件分配到湮灭位置，能快速生成模拟PET扫描仪3D图像，可评估多项性能，支持早期PET原型设计。
2026-10-08 physics.med-ph
A Physics-Guided Modular Deep-Learning Based Automated Framework for Tumor Segmentation in PET Images
本研究的目的是开发一种PET肿瘤分割框架，以解决PET成像中空间分辨率有限、图像噪声高以及缺乏具有真实肿瘤边界的临床训练数据的挑战。我们提出了一个三模块PET分割框架的上下文中分割原发性肿瘤的三维FDG-PET图像的肺癌患者在每切片的基础上。第一个模块使用一种新的随机和基于物理的方法生成包含高度逼真的肿瘤的PET图像，并具有已知的地面实况，解决了训练数据的缺乏问题。第二个模块使用这些图像训练修改后的U-网络，帮助它学习肿瘤分割任务。第三个模块使用小型临床数据集对该网络进行微调，其中放射科医生定义的描绘作为替代地面实况，帮助框架学习模拟肿瘤中可能遗漏的特征。该框架的准确性，可推广到不同的扫描仪，部分容积效应（PVE）的敏感性和有效性，在减少训练图像的数量进行了定量评估，使用骰子相似系数（DSC）和其他几个指标。该框架在两个模拟环境中都产生了可靠的性能。（DSC：0.87（95% CI：0.86，0.88））和患者图像（DSC：0.73（95% CI：0.71，0.76）），优于几种广泛使用的半自动方法，准确分割相对较小的肿瘤（最小分段横截面为1.83 cm 2），在5台PET扫描仪上推广（DSC：0.74），相对不受PVE影响，并且需要低训练数据（使用来自甚至30名患者的数据进行训练，DSC为0.70）。总之，所提出的框架证明了在肺癌患者的FDG-PET图像中进行可靠的自动肿瘤描绘的…
2020-02-19 eess.IV physics.med-ph
Image reconstruction from tissue scattered events for $β^{+}γ$ coincidences in Compton-PET
长期以来，由于额外的剂量和康普顿散射的背景增加，PET成像避免了非纯β发射体。但是高分辨率康普顿照相机系统的出现开辟了成像的新领域。在治疗过程中，各种非纯β发射体作为射束辐照副产物形成，可用于在线射束射程验证。在这种情况下，用于成像的可用计数的数量通常比正常PET扫描少1-3个数量级。另一方面，我们知道在人体PET扫描仪中，30- 60%可以是在包含80%的单散射事件的3D情况下的组织散射符合。在这项工作中，我们已经调查的可行性成像仅使用单散射符合非纯β发射体在康普顿-PET系统。从511 keV探测的两端使用康普顿锥后，组织散射点的轨迹可以减少到大致两个点。最后，湮灭点估计使用康普顿锥1157千电子伏伽马和飞行时间的信息为511千电子伏。我们相信，从单个分散的数据集独立评估潜在的活动将增加图像解释的信心。
2021-10-04 physics.med-ph
Deep-Fill: Deep Learning Based Sinogram Domain Gap Filling in Positron Emission Tomography
PET扫描仪的设计和开发中的主要挑战之一是探测器块之间存在无效区域，这降低了图像空间分辨率并导致条纹伪影，特别是当我们采用分析图像重建时。本研究的目的是评估在正弦图空间中使用深度卷积编码器-解码器生成无间隙PET图像的可行性。定量比较了模拟HRRT扫描仪的间隙损坏正弦图、作为理想/地面实况的无间隙正弦图和由于实施我们的深度填充方法而预测的正弦图。总共有1293个体模图像，分为三个主要的训练集1000，150个验证集和143个测试集。1000个训练图像使用仿射变换进行增强，各种子变换包括旋转（随机旋转），平移到12000个图像，具有2种主要方法的6个频率。Deep-Fill架构由编码器和解码器部分组成，它由卷积操作，最大池化，ReLU激活，级联和上卷积层组成。间隙图像沿着所有可能的路径通过网络，然后由网络的解码器部分生成无间隙图像。通过正弦图空间和重建图像中的不同质量度量来定量评估所生成图像的质量。我们证明，应用于探测器间间隙填充的基于深度学习的方法可以以高定量准确性恢复窦腔造影中缺失的数据，并有可能显着提高重建图像质量并防止PET图像量化退化。
2019-06-16 physics.med-ph
PET-enabled Dual-Energy CT: Image Reconstruction and A Proof-of-Concept Computer Simulation Study
标准双能量计算机断层成像（CT）使用两种不同的X射线能量来获得能量相关的组织衰减信息，以允许定量的材料分解。双能CT和正电子发射断层成像（PET）的联合使用可以提供癌症和许多其他疾病的疾病状态的更全面表征。然而，双能量CT与PET的集成并不简单，要么需要昂贵的硬件升级，要么增加辐射剂量。本文提出了一种新的双能量CT成像方法，该方法由PET/CT上已经可用的PET数据实现。代替使用具有不同能量的第二X射线CT扫描，该方法利用经由极大似然衰减和活性（MLAA）算法的飞行时间PET图像重建，以从PET发射数据获得511 keV伽马射线衰减图像。然后将高能伽马射线CT图像与PET/CT的低能X射线CT组合以提供一对双能量CT图像。标准MLAA重建的一个主要挑战是重建的511 keV衰减图中存在的高噪声，这不会对PET活性重建造成太大影响，但会显著影响伽马射线CT的材料分解性能。为了克服这个问题，我们进一步提出了一个内核MLAA算法，利用现有的X射线CT图像的先验信息。我们进行了计算机模拟，以测试材料分解任务的概念和算法。模拟结果表明，这种PET使能的双能CT方法是有前途的定量材料分解。所提出的方法可以容易地在飞行时间PET/CT扫描仪上实现，以实现同时PET和双能量CT成像。
2020-08-22 physics.med-ph
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
Modified Kernel MLAA Using Autoencoder for PET-enabled Dual-Energy CT
PET和双能量CT的组合使用为多参数成像提供了补充信息。PET使能双能CT将低能量X射线CT图像与从飞行时间PET发射数据重建的高能γ射线CT（GCT）图像相结合，以实现PET/CT扫描仪上的双能CT材料分解。最大似然衰减和活动（MLAA）算法已被用于GCT重建，但遭受噪声。核MLAA利用X射线CT图像之前，通过内核框架，以指导GCT重建，并已被证明在噪声抑制的实质性改善。然而，类似于用于图像重建的其他核方法，现有的核MLAA使用基于图像强度的特征来构造核表示，这并不总是鲁棒的，并且可能导致具有伪影的次优重建。在本文中，我们提出了一种改进的核方法，通过使用一个自动编码器卷积神经网络（CNN），以提取一个内在的特征集，从X射线CT图像先验。进行了计算机模拟研究，以比较自动编码器CNN衍生的特征表示与原始图像块，用于GCT图像重建和双能量多材料分解的内核MLAA的评估。实验结果表明，与现有的核MLAA算法相比，自编码核MLAA算法在GCT和材料分解方面可以实现显着的图像质量改善。所提出的方法的一个弱点是其潜在的过度平滑的骨骼区域，表明在未来的工作中进一步优化的重要性。代码可在https://github.com/SiqiLi1020/Autoencoder- Kernel-MLAA上获得。
2021-03-11 physics.med-ph
Impact of Time Of Flight on early-stopped Maximum-Likelihood Expectation Maximization PET reconstruction
由于附加信息，在正电子发射断层成像（PET）中使用飞行时间（TOF）有望减少图像上的噪声。在临床常规中，常见的重建方法是使用极大似然期望最大化（MLEM），在几次迭代后停止。根据经验，据报道，在匹配的迭代次数下，TOF的引入增加了噪声。在这项工作中，我们修改的理论描述的信号和噪声收敛MLEM，我们适应它来描述TOF的影响提前停止MLEM。我们验证了理论结果，使用计算机模拟和幻影测量，扫描仪上进行不同的符合时间分辨率。这项工作提供了理论支持的经验观察到的噪声增加的TOF。相反，它表明TOF不仅改善了信号收敛，而且使其更少地依赖于视野中的活动分布。然后，我们提出了一种策略，以确定停止标准的TOF-MLEM，它减少了迭代次数的一个因素成比例的重合时间分辨率。我们证明，这个标准成功地显着降低噪声，同时提高信号恢复的鲁棒性，因为它提供了一个独立于对象的尺寸和活动分布的背景的对比度恢复水平。
2019-10-15 physics.med-ph
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
CNN-Based PET Sinogram Repair to Mitigate Defective Block Detectors
正电子发射断层成像（PET）扫描仪通过添加不断扩展的块检测器阵列来继续增加灵敏度和轴向覆盖。随着它们的老化，一个或多个块检测器可能由于故障或组件故障而失去灵敏度。作为其结果的正弦图数据缺失可能导致伪影和其他图像劣化。我们建议通过使用深度卷积神经网络进行正弦图修复来减轻故障块检测器的影响。使用去除了不同量的原始数据的全身患者研究的实验被用来表明，神经网络在原始正弦图的归一化均方误差、重建图像的多尺度结构相似性度量和定量准确性方面显著优于先前发表的方法。
2019-08-27 eess.IV physics.med-ph
PET image reconstruction with system matrix containing point spread function derived from single photon incidence response
在正电子发射断层成像（PET）中，统计迭代重建（IR）技术由于能够提供精确的系统模型而显得特别有前途。系统模型矩阵描述了图像空间与投影空间的关系，对图像质量有重要影响。它包含了一些因素，如几何成分和模糊成分。模糊分量通常用点扩散函数（PSF）来描述。研究了由单光子入射响应函数导出的点扩散函数矩阵。在此基础上，提出了一种基于包含点扩散函数的系统矩阵的红外光谱分析方法。更具体地，通过蒙特卡罗（MC）模拟来模拟伽马光子在晶体阵列上的入射，然后计算单光子入射响应函数。根据PET符合探测的物理过程，利用单光子入射响应函数计算符合模糊因子。利用符合模糊因子对普通系统矩阵响应进行加权，最终建立包含点扩散函数的红外系统矩阵。利用该系统矩阵，采用有序子集期望最大化（OSEM）算法重建图像。实验结果表明，该系统矩阵能明显改善图像的径向分辨率、对比度和噪声特性。此外，模拟的单伽马射线入射响应函数仅取决于晶体配置，因此该方法可以扩展到具有相同探测器晶体配置的任何PET扫描器。
2014-09-11 physics.med-ph
Ground-truth resting-state signal provides data-driven estimation and correction for scanner distortion of fMRI time-series dynamics
功能磁共振成像社区已经取得了很大的进展解耦神经元活动从其他生理诱导的T2* 的变化，使用传感器，提供一个真值方面的心脏，呼吸，头部运动动力学。然而，血氧水平依赖（BOLD）的时间序列动态混淆扫描仪伪影，在复杂的方式，不仅可以改变扫描仪之间，甚至，对于同一扫描仪，会话之间。迄今为止，缺乏等效的地面实况阻碍了识别和去除扫描仪引起的噪声的可靠方法的发展。为了解决这个问题，我们首先设计并构建了一个能够提供与静息状态大脑等效的动态信号的模型。使用动态体模，我们通过比较真值时间序列与其测量的fMRI数据来量化体素噪声。我们得出了以下数据质量指标：标准化信噪比（ST-SNR）和动态保真度，可以直接在扫描仪之间进行比较。从四台扫描仪采集的动态体模数据显示，扫描仪不稳定性乘性噪声约占总噪声的6-18%。我们进一步测量了所有扫描仪的fMRI响应的强非线性，范围在总体素的8-19%之间。为了在单个受试者水平上校正fMRI时间序列动态的扫描仪失真，我们在成对的测量数据集与真值数据集上训练了卷积神经网络（CNN）。对动态体模时间序列的测试显示，去噪后ST-SNR增加了4至7倍，动态保真度增加了约40-70%。重要的是，我们观察到CNN时间去噪推动ST-SNR > 1。使用真值训练的CNN对人类数据进行去噪，显示出静息状态网络的检测灵敏度显着增加。
2020-10-14 eess.IV physics.med-ph
