Timing advances of commercial divalent-ion co-doped LYSO:Ce and SiPMs in sub-100 ps time-of-flight positron emission tomography
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective. Together with novel photodetector technologies and emerging electronic front-end designs, scintillator material research is one of the key aspects to obtain ultra-fast timing in time-of-flight positron emission tomography (TOF-PET). In the late 1990s, Cerium-doped lutetium–yttrium oxyorthosilicate (LYSO:Ce) has been established as the state-of-the-art PET scintillator due to its fast decay time, high light yield and high stopping power. It has been shown that co-doping with divalent ions, such as Ca 2+ and Mg 2+ , is beneficial for its scintillation characteristics and timing performance. Therefore, this work aims to identify a fast scintillation material to combine it with novel photosensor technologies to push the state of the art in TOF-PET. Approach. This study evaluates commercially available LYSO:Ce,Ca and LYSO:Ce,Mg samples manufactured by Taiwan Applied Crystal Co., LTD regarding their rise and decay times as well as their coincidence time resolution (CTR) with both ultra-fast high-frequency (HF) readout and commercially available readout electronics, i.e. the TOFPET2 ASIC. Main results. The co-doped samples exhibit state-of-the-art rise times of on average 60 ps and effective decay times of on average 35 ns. Using the latest technological improvements made on NUV-MT SiPMs by Fondazione Bruno Kessler and Broadcom Inc., a 3 × 3 × 19 mm 3 LYSO:Ce,Ca crystal achieves a CTR of 95 ps (FWHM) with ultra-fast HF readout and 157 ps (FWHM) with the system-applicable TOFPET2 ASIC. Evaluating the timing limits of the scintillation material, we even show a CTR of 56 ps (FWHM) for small 2 × 2 × 3 mm 3 pixels. A complete overview of the timing performance obtained with different coatings (Teflon, BaSO 4 ) and different crystal sizes coupled to standard Broadcom AFBR-S4N33C013 SiPMs will be presented and discussed. Significance. This work thoroughly evaluates commercially available co-doped LYSO:Ce crystals and, in combination with novel NUV-MT SiPMs, shows a TOF performance that significantly exceeds the current state of the art.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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 ».