Brunner, S. (2010). New methods for improvement of time of flight positron emission tomography [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161526
TOF-PET; PET; Time of Flight; Szintillation; Cherenkov; Zeitauflösung; SiPM; NINO
de
TOF-PET; PET; Time of Flight; Scintillation; Cherenkov; Time resolution; SiPM; NINO
en
Abstract:
Es werden neue Methoden zur Weiterentwicklung der Time of Flight Methode (TOF) für Positron Emission Tomography (PET) vorgestellt. Als erstes wird ein neuer PET Detektor, bestehend aus einem SiPM Phototodetektor und dem am CERN entwickelten NINO-Diskriminator mit einer Koinzidenzzeitauflösung von 390ps präsentiert. Weiters werden die Einflüsse von Photostatistik und Lichttransport im Szintillationskristall theoretisch behandelt und für verschiedene Materialien und Kristallgrössen berechnet. Darüberhinaus wird eine neue Methode zur Nützung des Cherenkov-Effekt bei PET-Energien von 511keV vorgestellt. Die Anzahl emittierter Cherenkov-Photonen bei diesen Energien wird für LSO, LuAG and PWO zu 27, 28 und 23 Photonen berechnet. Weiters wird die Messbarkeit dieser geringen Anzahl an Photonen im Experiment bestätigt und das Potential dieser Methode mit einer Koinzidenzzeitauflösung von 251ps (FWHM) aufgezeigt.
In this thesis new methods to improve time of flight (TOF) for positron emission tomography (PET) are presented and investigated. The focus is put especially on time resolution of PET detectors for improved TOF capability. First a new detector design for PET, developed at CERN, using solid state detectors (SiPMs) and NINO as discriminator is presented. With a coincidence time resolution of 390ps it is shown that this new detector approach not only competes with existing vacuum photodetector based systems but also is superior to commercially available TOF-PET systems in terms of timing. Furthermore the influence of photostatistics and light propagation in the scintillating crystal on time resolution is investigated theoretically and calculated explicitly for different materials and crystal sizes. To improve the time resolution a new approach of using Cherenkov photons in the energy range of 511keV is treated theoretically and experimentally. The number of Cherenkov photons created by an 511keV gamma-ray is calculated for LSO, LuAG und PWO to 27, 28 and 23 photons. The capability to measure this low number of photons is proved in experiment and with a coincidence time resolution of 251ps its potential for TOF-PET is demonstrated.
