Background: We are developing a small size dosimeter for dose estimation in particle therapies. The developed dosimeter is an optical fiber based dosimeter mounting an radiation induced luminescence material, such as an OSL or a scintillator, at a tip. These materials generally suffer from the quenching effect under high LET particle irradiation. Materials and Methods: We fabricated two types of the small size dosimeters. They used an OSL material Eu:BaFBr and a BGO scintillator. Carbon ions were irradiated into the fabricated dosimeters at Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC). The small size dosimeters were set behind the water equivalent acrylic phantom. Bragg peak was observed by changing the phantom thickness. An ion chamber was also placed near the small size dosimeters as a reference. Results and Discussion: Eu:BaFBr and BGO dosimeters showed a Bragg peak at the same thickness as the ion chamber. Under high LET particle irradiation, the response of the luminescence-based small size dosimeters deteriorated compared with that of the ion chamber due to the quenching effect. We confirmed the luminescence efficiency of Eu:BaFBr and BGO decrease with the LET. The reduction coefficient of luminescence efficiency was different between the BGO and the Eu:BaFBr. The LET can be determined from the luminescence ratio between Eu:BaFBr and BGO, and the dosimeter response can be corrected. Conclusion: We evaluated the LET dependence of the luminescence efficiency of the BGO and Eu:BaFBr as the quenching effect. We propose and discuss the correction of the quenching effect using the signal intensity ratio of the both materials. Although the correction precision is not sufficient, feasibility of the proposed correction method is proved through basic experiments.
To achieve high resolution and sensitivity of positron emission tomography (PET) for small animals, the detector is constructed using very thin and long scintillation pixels. Due to the structure of these scintillation pixels, spatial resolution deterioration occurs outside the system's field of view. To solve this problem, we designed a detector that could improve spatial resolution by measuring the interaction depth and improve sensitivity by using a quasi-block scintillator. A quasi-block scintillator size of 12.6 mm x 12.6 mm x 3 mm was arranged in four layers, and optical sensors were placed on all sides to collect light generated by the interaction between gamma rays and the scintillator. DETECT2000 simulation was performed to evaluate the performance of the designed detector. Flood images were acquired by generating gamma-ray events at 1 mm intervals from 1.3 mm to 11.3 mm within the scintillator of each layer. The spatial resolution and peak-to-peak distance for each location were measured in an 11 x 11 array of flood images. The average measured spatial resolution was 0.25 mm, and the average distance between peaks was 1.0 mm. Through this, it was confirmed that all locations were separated from each other. In addition, because the light signals of all layers were measured separately from each other, the layer of the scintillator that interacted with the gamma rays could be completely separated. When the designed detector is used as a detector in a PET system for small animals, it is considered that excellent spatial resolution and sensitivity can be achieved and image quality can be improved.
Positron emission tomography (PET) uses a very small scintillator to achieve exellent spatial resolution. Therefore, in this study, a PET system using a scintillator to 0.8 mm size was designed and the performance was evaluated. Anihilation radiation was generated from the center of the field of view (FOV) to the outskirts at intervals of 10 mm, and counted simultaneously. The image was reconstructed using the coincidence data, and the spatial resolution was calculated by acquiring the full width at half maximum through the profile. The spatial resolution at the center of the FOV was 1.02 mm, showing a very good result, and the spatial resolution decreased as it was located at the outer edge. To evaluate the phantom image, the Derenzo phantom was constructed to acquire the image, and the degree of classification between radiation sources was evaluated through profile analysis. The result showed that the distance between the radiation sources was larger than the spatial resolution of the radiation sources at each location, and it was confirmed that the radiation sources were distinguished through this. When the PET system designed in this study is applied to PET for small animals, it is considered that excellent performance can be secured through the characteristic of very good spatial resolution.
In this study, an underwater radiation detector was built using a GAGG(Ce) scintillator and silicon photomultiplier to establish an underwater radiation exposure monitoring system. The GAGG(Ce) scintillator is suitable for small radiation detectors as it strongly absorbs gamma rays and has a high light emission rate with no deliquescent properties. Additionally, the silicon photomultiplier is a light sensor with characteristics such as small size and low applied voltage. Further, a program and mobile app were developed to monitor the radiation coefficient values generated from the detector. According to the results of the evaluation of the characteristics of the underwater radiation monitoring system, when tested for its responsiveness to radiation intensity and reactivity, the system exhibited a coefficient of determination of at least 0.99 with respect to the radiation source distance. Additionally, when tested for its underwater environmental temperature dependence, the monitoring system exhibited an increase in the count rate up to a certain temperature because of the increasing dark current and a decrease in the count rate because of decreasing overvoltage. Extended studies based on the results of this study are expected to greatly contribute to immediate and continuing evaluation of the degree of radioactive contamination in underwater environments.
Positron emission tomography for small animals has very high spatial resolution for imaging very small organs. To achieve good spatial resolution, the system must be constructed using very small scintillation pixels. When a detector is constructed using very small scintillation pixels, the size of the applicable array varies depending on the photosensor pixel. In a previous study, a study was conducted to find the maximum scintillation pixel arrangement according to the size of the photosensor. In this study, a detector with a light guide was designed to configure the detector using a more extended array of scintillation pixels, and try to find the maximum arrangement in which all scintillation pixels are imaged. The detector was designed using DETECT2000, which can simulate a detector made of a scintillator. Simulations were performed by configuring the detectors from an 11 × 11 scintillation pixel array to a 16 × 16 array. After obtaining a flood image by collecting the light generated from the scintillation pixel with a photosensor, the largest arrangement without overlap was found through image analysis. As a result, the largest arrangement in which all scintillation pixels could be distinguished without overlapping was a 15 × 15 arrangement.
In this study, film type radiation sensor tips are fabricated for remote sensing of X or g-ray with inorganic scintillators and plastic optical fiber. The visible range of light from the inorganic scintillator that is generated by X and g-ray is guided by the plastic optical fiber and is measured by optical detector and power-meter. It is expected that the fiber-optic radiation sensor which is possible to be developed based on this study is used for remote, fast and exact sensing of X or g-ray because of its characteristics such as very small size, light weight and no interference to electromagnetic fields.
Since preclinical positron emission tomography imaging is performed on small animals that are very small compared to the human body, a detector with excellent spatial resolution is required. For this purpose, a system was constructed using a detector using small scintillation pixels. Since the size of the currently developed and used photosensors is limited, excellent spatial resolution can be obtained when the minimum scintillation pixel and maximum array are used. In this study, the size of the photosensor is fixed and various scintillation pixel arrays are configured to match the size of the scintillation pixels, so that no overlap occurs in the flood image and the maximum scintillation pixel array in which all scintillation pixels are distinguished. For this purpose, DETECT2000, which can simulate a detector module composed of a scintillator and an photosensor, was used. A photosensor consisting of a 4 × 4 array of 3 mm × 3 mm pixels was used, and the scintillation pixel array was configured from 8 × 8 to 13 × 13, and simulations were performed. A flood image was constructed using the data obtained from the photosensor pixel, and the maximum scintillation pixel array that does not overlap the image was found through the flood image and the profile. As a result, the size of the scintillation pixel array in which all scintillation pixels are imaged without overlapping each other in the flood image was 11 × 11.
Kim, Jong-Ho;Choi, Yong;Kim, Jun-Young;Im, Ki-Chun;Kim, Sang-Eun;Choi, Yeon-Sung;Joo, Kwan-Sik;Kim, Young-Jin;Kim, Byung-Tae
Progress in Medical Physics
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v.8
no.2
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pp.67-76
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1997
We studied optical behavior of scintillation light generated in NaI(TI) crystal using Monte Carlo simulation method. The simulation was performed for the model of NaI(TI) scintillator (size: 60 mm ${\times}$ 60 mm ${\times}$ 6 mm) using an optical tracking code. The sensitivity as a function of surface treatment (Ground, Polished, Metal-0.95RC, Polished-0.98RC, Painted- 0.98RC) of the incident surface of the scintillator was compared. The effects of NaI(TI) scintillator thickness and the refractive index of light guide optically coupling between the NaI(TI) scintillator and photomultiplier tube (PMT) were simulated. We also evaluated intrinsic position resolution of the system by calculating the spread of scintillation light generated. The sensitivities of the system having the surface treatment of Ground, Polished, Metal-0.95RC, Polished-0.98RC and Painted-0.98RC were 70.9%, 73.9%, 78.6%, 80.1% and 85.2%, respectively, and the surface treatment of Painted-0.98RC allowed the highest sensitivity. As increasing the thickness of scintillation crystal and light guide, the sensitivity of the system was decreased. As the refractive index of light guide increases, the sensitivity was increased. The intrinsic position resolution of the system was estimated to be 1.2 mm in horizontal and vertical directions. In this study, the performance of NaI(TI)-PMT detector system was evaluated using Monte Carlo simulation. Based on the results, we concluded that the NaI(TI)-PMT detector array is a favorable configuration for small gamma camera imaging breast tumor using Tc-99m labeled radiopharmaceuticals.
An, Su Jung;Kim, Hyun-il;Lee, Chae Young;Song, Han Kyeol;Park, Chan Woo;Chung, Young Hyun
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.5
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pp.305-310
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2015
We propose a new concept for a depth of interaction (DOI) positron emission tomography (PET) detector based on dual-ended-scintillator (DES) readout for small animal imaging. The detector consists of lutetium yttrium orthosilicate (LYSO) arrays coupled with orthogonal wavelength-shifting (WLS) fibre placed on the top and bottom of the arrays. On every other line, crystals that are 2 mm shorter are arranged to create grooves. WLS fibre is inserted into these grooves. This paper describes the design and performance evaluation of this PET detector using Monte Carlo simulations. To investigate sensitivity by crystal size, five types of PET detectors were simulated. Because the proposed detector is composed of crystals with three different lengths, degradation in sensitivity across the field of view was also explored by simulation. In addition, the effect of DOI resolution on image quality was demonstrated. The simulation results proved that the devised PET detector with excellent DOI resolution is helpful for reducing the channels of sensors/electronics and minimizing gamma ray attenuation and scattering while maintaining good detector performance.
Use of SiPM has been considered as an alternative to PMT, because of its compact size, low-operating voltage, non-sensitive to electromagnetic, low costs and so on. The main limitation for the use of SiPM is due to its small sensitive area compared to PMT that limits the light collection, and therefore the sensor energy resolution. In this article we studied the effect of increasing the number of SiPM by connecting them in parallel to increase the active detection area. This allowed us to compare the different energy resolution measurements. 137Cs has been selected as reference to study the energy resolution for 662 keV gamma-rays. Another investigation was to compare the minimum detectable gamma energy under various SiPM configurations. It has been found that the use of 4 SiPM arrays can greatly improve the energy resolution up to 4% than only one SiPM array, meanwhile use of more than 2 SiPM arrays does not increase the energy resolution significantly. Thus we can conclude that for a large area of cylindrical scintillator (3 × 3 inches), the use of SiPMs are limited to a certain number or certai active area depending on the commercial SiPMs, and its cost should be less than traditional PMT for the cost-effective and compact size considerations. It is well known that the gain of SiPM varies with temperature. In this article, we also calibrated gain to guarantee the same position of photoelectric peak in response of different temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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