TDC Array Tradeoffs in Current and Upcoming Digital SiPM Detectors for Time-of-Flight PET
Notice bibliographique
Résumé
Radiation detection used in positron emission tomography (PET) exploits the timing information to remove background noise and refine position measurement through time-of-flight information. Fine time resolution in the order of 10 ps full-width at half-maximum (FWHM) would not only improve contrast in the image, but would also enable direct image reconstruction without iterative or back-projected algorithms. Currently, PET experimental setups based on silicon photomultipliers (SiPMs) reach 73 ps FWHM, where the scintillation process plays the larger role in spreading the timing resolution. This will change with the optimization of faster light emission mechanisms (prompt photons), where readout optoelectronics will once more have a noticeable contribution to the timing resolution limit. In addition to reducing electronic jitter as much as possible, other aspects of the design space must also explored, especially for digital SiPMs. Unlike traditional SiPMs, digital SiPMs can integrate circuits like time-to-digital converters (TDCs) directly with individual or groups of light sensing cells. Designers should consider the number of TDCs to integrate, the area they occupy, their power consumption, their resolution, and the impact of signal processing algorithms and find a compromise with the figure of merit and the coincidence timing resolution (CTR). This paper presents a parametric simulation flow for digital SiPM microsystems that evaluates CTR based on these aspects and on the best linear unbiased estimator (BLUE) in order to guide their design for present and future PET systems. For a small $1.1\times 1.1\times3.0$ mm3LYSO crystal, the simulations indicate that for a low jitter digital SiPM microsystem with 18.2% photon detection efficiency, fewer than four timestamps with any multi-TDC configuration scheme nearly obtain the optimal CTR with BLUE (just below 100 ps FWHM), but with limited 5% improvement over only using the first observed photon. On the other hand, if a similar crystal but with 2.5% prompt photon fraction is considered, BLUE provides an improvement between 80% and 200% (depending on electronic jitter) over using only the first observed photon. In this case, a few tens of timestamps are required, yielding very different design guidelines than for standard LYSO scintillators.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».