Groupe d’études et de recherche en analyse des décisions

G-2017-75

Depth-of-interaction bias in the achievable ultra-fast timing of detectors for TOF-PET

, , et

En tomographie par émission de positron (PET), des cristaux longs (>20 mm) doivent être utilisés pour augmenter l'efficacité de détection et la sensibilité de la caméra. Cependant, pour des caméras exploitant un temps de vol (TOF) rapide, ce choix entraîne des répercussions sur la limite atteignable de la résolution temporelle en coïncidence (CTR), puisque le temps de propagation des photons d'annihilations varie selon la profondeur d'interaction (DOI). Dans la littérature, l'effet de la DOI sur le CTR est modélisé en incorporant la densité de probabilité (PDF) de l'atténuation avec les PDFs d'émission, de propagation et de détection du signal de scintillation. Cependant, la PDF résultante ne décrit pas correctement la variation, dans la distribution d'étiquette temporelle, causée par la DOI du photon d'annihilation. Dans cette étude, nous proposons d'étudier l'effet du biais induit par la DOI sur le CTR pour un détecteur typique et un idéal. Nous avons aussi calculé le CTR de quelques estimateurs (k-ième, la moyenne des k premiers et Gauss-Markov) basé sur les premiers photons de scintillations détectés. L'erreur quadratique moyenne (RMSE) du processus de détection en coïncidence est une métrique appropriée pour comparer la performance des différents estimateurs. Le RMSE des différents estimateurs a été calculé en utilisant la probabilité de la DOI en coïncidence. Une légère différence entre le CTR prédit par l'approche standard et celui du RMSE a été trouvée pour un détecteur typique de type LYSO/SiPM; ce qui était prévisible puisque le biais induit par la DOI est négligeable relativement aux autres sources d'erreur. Cependant, la différence devient significative pour des détecteurs presque idéaux: l'approche standard prédit un CTR de 10-20 ps, alors que le RMSE prédit un CTR au-dessus du 55 ps, ce qui semble plus probable puisque la différence de TOF introduit par la longueur du cristal est de cet ordre. Donc, dans l'absence de mesure de DOI, l'étude du CTR atteignable pour un détecteur TOF-PET ultra-rapide devrait inclure le biais induit par le DOI.

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