A dual-particle imager (DPI) is configured in a hand-held form factor, then one can efficiently and conveniently deploy the DPI to detect the presence of special nuclear materials (SNM) and identify any isotopic variations that differ from their natural abundances. Here we show that by maximizing the areal coupling between a pixelated scintillator array and the partitioned photosensor readout such as a silicon photomultiplier (SiPM), the information utilization of the gamma-ray and neutron information in the radiation field can be enhanced, thus enabling one to rapidly acquire spatial maps of the distributions on gamma-ray and neutron emitters.
As the demand for the detection of special nuclear materials (SNMs) increases, the use of imaging instruments that can sensitively image both gamma-ray and neutron signatures has become necessary. This study compared the pulse shape discrimination (PSD) performance of gamma/neutron events when employing either a pixelated stilbene or a plastic (EJ-276) scintillator array coupled to a silicon photomultiplier (SiPM) array in a dual-particle imager. The stilbene array allowed a lower energy threshold above which neutron and gamma-ray events can be clearly distinguished. A greater number of events can, therefore, be used when forming both gamma-ray and neutron images, which shortens the time required to acquire the images by nearly seven times.
Park, Kyeongjin;Kim, Hyoungtaek;Lim, Kyungtaek;Cho, Minsik;Kim, Giyoon;Cho, Gyuseong
Journal of Radiation Industry
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v.9
no.3
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pp.143-151
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2015
A PET-MR system is particularly useful in diagnosing brain diseases. We have developed a prototype positron emission tomography (PET) system which can be inserted into the bore of a whole-body magnetic resonance imaging (MRI) system that enables us to obtain PET and MRI images simultaneously with a reduced cost. Silicon photomultipliers (SiPM) are appropriated as a PET detector at PET/MR system because detectors have a high gain and are insensitive to magnetic fields. Despite of its improved performance compared to that of PMT-based detectors, there is a problem of the photo-peak channel shift which is due to the increase of the temperature inside the ring detector. This problem will occur decreasing sensitivity of the PET and image distortion. In this paper, I quantitative analyze parameters of the KAIST SiPM depending on temperature by experiments. And I designed cooling methods in consideration of the degradation of sensors for correction of the temperature in the PET gantry. According to this research, we expect that distortive images and degradation of the sensitivity will not be occurred with using the above idea to reduce heat even if the PET system operates for a long time.
Kwak, In-Suk;Kang, Han Gyu;Son, Jeong-Whan;Lee, Jae Sung;Hong, Seong Jong
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.37
no.1
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pp.7-14
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2016
Radiopharmaceutical agents for positron emission tomography (PET), such as $^{18}F$-FDG and $^{68}Ga$, have been used not only for whole-body PET imaging but also for intraoperative radionuclide-guided surgery due to their quantitative and sensitive imaging characteristics. Current intraoperative probes detect gamma or beta particles, but not both of them. Gamma probes have low sensitivities since a collimator has to be used to reduce backgrounds. Positron probes have a high tumor-to-background ratio, but they have a 1-2 mm depth limitation from the body surface. Most of current intraoperative probes produce only audible sounds proportional to count rates without providing tumor images. This research aims to detect both positrons and annihilation photons from $^{18}F$ using plastic scintillators and a GAGG scintillation crystal attached to silicon photomultiplier (SiPM). The depth-of-interaction (DOI) along the plastic scintillator can be used to obtain the 2-D images of tumors near the body surface. The front and rear part of the intraoperative probe consists of $4{\times}1$ plastic scintillators ($2.9{\times}2.0{\times}12.0mm^3$) for positron detection and a Ce:GAGG scintillation crystal ($12.0{\times}12.0{\times}9.0mm^3$) for annihilation photon detection, respectively. The DOI resolution of $4.4{\pm}1.6mm$ along the plastic scintillator was obtained by using the 3M enhanced specular reflector (ESR) with rectangular holes between the plastic scintillators, which showed the feasibility of a 2-D image pixel size of $2.9{\times}4.4mm^2$ (X-direction ${\times}$ Y-direction).
Kim, Neung Gyun;Kim, Gu;Kwak, Jong Hyeok;Lee, Seung-Jae
Journal of the Korean Society of Radiology
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v.13
no.6
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pp.825-830
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2019
A detector module measuring a depth of interaction was developed using silicon photomultiplier (SiPM) and two layers of scintillation crystal array treated with multiple reflectors. When reconstructing an image based on a signal obtained by using different types of reflector of each layer, the interaction positions of scintillation pixels and gamma rays could be tracked by utilizing the feature that all scintillation pixels were recorded at different positions. The bottom layer uses a specular reflector, and the top layer uses a diffuse reflector to differently process the size of the signal obtained from the SiPM. The optical grease was used to recude the sharp refractive index change between the layers of scintillator and the SiPM. The signals obtained from the 16 SiPMs were reduced to four signals using the Anger equations, and the images were reconstructed using them. All the scintillation pixels composed of the two layers appeared in the reconstructed image, which distinguished the layer where the scintillation pixels and gamma rays interacted. If the detectors, which measure the interaction depth of two layers using different reflectors, will be applied to preclinical positron emission tomography, the degradation of spatial resolution appearing outside the field of interest could be solved.
Koo, Seong Mo;Jung, Dong Geon;Choi, Young Chan;Kim, Kyung-Kyoo;Kong, Seong Ho
Journal of Sensor Science and Technology
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v.29
no.4
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pp.270-274
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2020
In this study, a read-out integrated circuit (ROIC) that can be applied to a colorimetry-based optical sensor for analyzing total phosphorus and total nitrogen was developed and characterized. The proposed ROIC minimizes the effect on temperature fluctuation, improves sensitivity, and extends the dynamic range by utilizing a dual optical path and feedback control circuit. Using a dual optical path makes it possible to calibrate the output signal of the optical sensor automatically, along with the temperature fluctuation. The calibrated voltage is fed back into the measurement stage; thus, the output current of the measurement is adaptively controlled. As a result, the sensitivity and dynamic range of the proposed ROIC are improved. Finally, a total-phosphorus analysis was conducted by utilizing the ROIC. The ROIC was found to operate stably over a wide temperature range.
This review aims to provide a brief, comprehensive overview of advanced technologies of nuclear medicine physics, with a focus on recent developments from both hardware and software perspectives. Developments in image acquisition/reconstruction, especially the time-of-flight and point spread function, have potential advantages in the image signal-to-noise ratio and spatial resolution. Modern detector materials and devices (including lutetium oxyorthosilicate, cadmium zinc tellurium, and silicon photomultiplier) as well as modern nuclear medicine imaging systems (including positron emission tomography [PET]/computerized tomography [CT], whole-body PET, PET/magnetic resonance [MR], and digital PET) enable not only high-quality digital image acquisition, but also subsequent image processing, including image reconstruction and post-reconstruction methods. Moreover, theranostics in nuclear medicine extend the usefulness of nuclear medicine physics far more than quantitative image-based diagnosis, playing a key role in personalized/precision medicine by raising the importance of internal radiation dosimetry in nuclear medicine. Now that deep-learning-based image processing can be incorporated in nuclear medicine image acquisition/processing, the aforementioned fields of nuclear medicine physics face the new era of Industry 4.0. Ongoing technological developments in nuclear medicine physics are leading to enhanced image quality and decreased radiation exposure as well as quantitative and personalized healthcare.
When gamma-camera sensor modules, which are key components of radiation imagers, are derived from the coupling between scintillators and photosensors, the light collection efficiency is an important factor in determining the effectiveness with which the instrument can identify nuclides via their derived gamma-ray spectra. If the pixel area of the scintillator is larger than the pixel area of the photosensor, light loss and cross-talk between pixels of the photosensor can result in information loss, thereby degrading the precision of the energy estimate and the accuracy of the position-of-interaction determination derived from each active pixel in a coded-aperture based gamma camera. Here we present two methods to overcome the information loss associated with the loss of photons created by scintillation pixels that are coupled to an associated silicon photomultiplier pixel. Specifically, we detail the use of either: (1) light guides, or (2) scintillation pixel areas that match the area of the SiPM pixel. Compared with scintillator/SiPM couplings that have slightly mismatched intercept areas, the experimental results show that both methods substantially improve both the energy and spatial resolution by increasing light collection efficiency, but in terms of the image sensitivity and image quality, only slight improvements are accrued.
A high detection efficiency thermal neutron detector based on the 6LiF/ZnS(Ag) scintillation screens, wavelength-shifting fibers (WLSF) and Silicon photomultiplier (SiPM) readout is under development at China Spallation Neutron Source (CSNS) for the Engineering Material Diffractometer (EMD).A prototype with a sensitive volume of 180mm×192mm has been built. Signals from SiPMs are processed by the self-design Application Specific Integrated Circuit (ASIC). The performances of this detector prototype are as follows: neutron detection efficiency could reach 50.5% at 1 Å, position resolution of 3, the dark count rate <0.1Hz, the maximum count rate >200KHz. Such detector prototype could be an elementary unit for applications in the EMD detector arrays.
Composite scintillation screens on a base of Gd1.2Y1.8Ga2.5Al2.5O12:Ce (GYAGG) scintillator have been evaluated for neutron detection. Besides the powdered scintillator, the composite includes 6LiF particles; both are merged with a binder and deposited onto the light-reflecting aluminum substrate. Results obtained demonstrates that screens are suitable for use with a silicon photomultiplier readout to create a prospective solution for a compact and low-cost thermal neutron sensor. Composite GYAGG/6LiF scintillation screen shows a pretty matched sensitivity and γ-background rejection with a widely used ZnS/6LiF screens however, possesses forty times faster response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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