Estudio de la respuesta temporal de dos MCP-PMT a bajas intensidades de la luz utilizando un DRS4

D Consuegra, S Korpar, R Pestotnik, P Križan, R Dolenec

Resumen

La tomografía por emisión de positrones (PET) es una importante herramienta en el diagnóstico médico ya que permite la obtención de imágenes tridimensionales de los procesos funcionales en el cuerpo. La técnica está basada en la detección de los dos cuantos gamma de 511 keV originados en la aniquilación del positrón emitido por el radiofármaco administrado al paciente. Midiendo la diferencia en la llegada de los dos cuantos gamma es posible determinar la posición en la que ocurrió la aniquilación. En los equipos convencionales son utilizados detectores centellantes cuya respuesta temporal está limitada por el fotomultiplicador y el cristal centellante. Remplazando el fotomultiplicador por un PMT (MCP-PMT) y el cristal centellante por un detector Cherenkov, es posible localizar la posición en la que ocurrió la aniquilación con una exactitud a nivel de pocos centímetros. En previos resultados experimentales utilizando detectores Cherenkov con cristales de PbF 2 y MCP-PMT se alcanzó una respuesta temporal de menos de 100 ps. En este trabajo fue utilizado un chip DRS4 con una velocidad de procesamiento de las señales de 5×109 samples/s para la lectura de la salida de fotones únicos de los dos MCP-PMT estudiados (Hamamatsu R3809 y Burle 85001). Las señales digitalizadas fueron analizadas y se realizó una comparación entre la respuesta temporal obtenida para ambos MCP-PMT. El tiempo de respuesta obtenido en términos de FWHM fue de (161 ± 2.21) ps y (220 ± 2.63) ps para los MCP-PMT Hamamatsu y Burle respectivamente. No se detectaron variaciones significativas en el FWHM al escanearse la superficie activa de ambos MCP-PMT .

Palabras clave

tomografía computerizada con positrón; contadores Cherenkov; multiplicadores de electrones microcanal; fotomultiplicadores

Referencias

HUMM JL, ROSENFELD A, DEL GUERRA A. From PET detectors to PET scanners. Eur J Nucl Med and Mol Imag. 2003; 30(11). http://www.iss.infn.it/topem/TOF-PET/from%20pet%20detectors%20to%20pet%20scanners%20(EJNM).pdf.

ZHOU L, DEFRISE M, VUNCKX K, NUYTS J. Comparison between parallel hole and rotating slat collimation: analytical noise propagation models. IEEE Transactions on Medical Imaging. 2010; 29(12). http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=5523954&tag=1.

LECOQ P. Development of new scintillators for medical applications. Nucl Instrum and Meth in Phys Res A. 2016; 809. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900215009754.

DOLENEC R, CHANGANI H, KORPAR S, et. al. Time-of-flight with photonics multi-channel MCP-PMT using MCP signal. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 2009. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=5402278.

KORPAR S, DOLENEC R, KRIŽAN P, PESTOTNIK R, STANOVNIKD A. Study of TOF PET using Cherenkov light. Physics Procedia. 2012; 37: 1531-1536. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1875389212018718.

DOLENEC R, KORPAR S, KRIŽAN P, PESTOTNIK R. Cherenkov TOF PET with silicon photomultipliers. Nucl Instrum and Meth in Phys Res A. 2015; 804: 127-131. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900215011146.

KRIŽAN P, ADACHI I, FRATINA S, et. al. Tests of the Burle 85011 64-anode MCP-PMT as a detector of Cherenkov photons. Nucl Instrum Meth in Phys Res A. 2006; 567: 124-128. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900206008898.

BITOSSI M, PAOLETTI R, TESCARO D. Ultra-fast sampling and data acquisition using the drs4 waveform digitizer. IEEE Transactions on Nucl Science. 2016; 63. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=7488281.

RAN A, BIN C, Y-FEN L, WEI K, RITT S. A new positron annihilation lifetime spectrometer based on DRS4 waveform digitizing board. Nucl Instrum and Meth in Chinese Physics C. 2014; 38. http://staff.ustc.edu.cn/~bjye/ye/papers/1674-1137_38_5_056001.pdf.

HU W, CHOI Y, HONG K, et. al. A simple and improved digital timing method for positron emission tomography. Nucl Instrum and Meth in Phys Res A. 2010; 622: 219-224. http://med.stanford.edu/miil/publications/files/151_PUB.pdf.

SURTI S. Update on time-of-flight PET imaging. J Nucl Med. 2015; 56: 98-105. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4287223/pdf/nihms652988.pdf.

AUFFRAY E, FRISCH B, GERACI F, GHEZZI A, et. al. A comprehensive systematic study of coincidence time resolution and light yield using scintillators of different size and wrapping. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2013; 60: 3163. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=6566141