基于沿单层LYSO晶体阵列深度多层反射膜分布的深度编码PET探测器研究

本文提出了在单层LYSO晶体阵列中,采用沿晶体深度布局多层反射膜,并通过SiPM阵列单端读出,从而进行深度测量的PET探测器方法。制作了2个晶体大小为3 mm×3 mm×20 mm的2×2 LYSO晶体阵列,分别布局2层和4层反射膜,对该探测器性能的实验测量结果表明,此探测器可清楚区分所有晶体单元。对于布局2层反射膜的探测器,上下两层事件平均正确指定的概率为85.1%,4个不同深度事件的平均正确指定概率为65.5%;对于布局4层反射膜的探测器,4个不同深度事件的平均正确指定概率为74.8%。布局4层反射膜的探测器的深度分辨率优于布局2层反射膜的探测器。两个探测器的平均能量分辨率分别为18.0%和12.2%。这种可分辨γ射线与晶体作用点深度的新型PET探测器,可用于今后研发高性能脑专用、全身和全景PET成像系统。     

光导厚度对基于高分辨率LYSO和SiPM阵列PET探测器性能的影响

正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Tomography,PET)是一种高灵敏和具有定量测量能力的分子影像方法,PET探测器通常由高探测效率的晶体阵列和位置灵敏或阵列光探测器组成,PET探测器的位置分辨率主要由晶体单元的大小和晶体分辨图的质量决定。使用现有小动物PET探测器常用的硅酸钇镥(Lutetium-yttrium Oyorthosilicate,LYSO)晶体阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultipliers,Si PM)阵列,系统地研究了晶体阵列和Si PM阵列之间光导的厚度对探测器晶体分辨图和能谱的影响。所使用的晶体阵列为12×12,单个晶体尺寸为0.89 mm×0.89 mm×10 mm,Si PM为日本滨松的4×4阵列,单元大小为3 mm×3 mm,间距为3.2 mm,光导使用厚度为0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm和2.5 mm的有机玻璃。实验结果表明:晶体分辨图的均匀性和对边缘晶体的分辨能力随着光导厚度的增加而改善,但随着光导厚度的增加,晶体分辨图中每个晶体单元的斑点大小增加,整个晶体分辨图的动态范围缩小。光导的使用几乎不改变晶体能谱的全能峰峰位和能量分辨率。综合以上因素,确定最佳的光导厚度为1.5 mm,本结果可对使用晶体截面约为1 mm×1 mm的晶体阵列和单元大小为3 mm×3 mm的Si PM阵列研发小动物PET探测器提供重要参考作用。     

高分辨率高效率三维正电子发射断层扫描成像探测器研发

小动物正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,PET)是临床前生物医学研究的重要工具,但小动物 PET要同时达到高空间分辨率和高效率必须使用三维深度测量探测器。本工作使用位置灵敏雪崩光二极管(Position-Sensitive Avalanche Photodiode,PSAPD)和位置灵敏硅光电倍增管(Position-Sensitive Silicon Photomultipliers,PS-SiPM)双端读出,测量了晶体大小为0.7～0.44 mm的高分辨率硅酸镥晶体阵列,其中对一种最新研发成功的 PS-SiPM进行了首次测试。首先对 PS-SiPM和 PSAPD的信噪比进行了测量,然后对使用 PS-SiPM和 PSAPD的双端读出探测器模块的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率分别进行了测量。实验发现,PSAPD的信噪比远远优于 PS-SiPM,使用 PSAPD的探测器可以分辨0.44 mm的晶格阵列和最好达到1.4 mm的深度分辨率,而使用 PS-SiPM的探测器模块可以分辨0.7 mm的硅酸镥晶体阵列和达到2.9 mm的深度分辨率。从得到的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率上来看,使用 PSAPD的探测器模块要优于使用 PS-SiPM的探测器。这需要提高 PS-SiPM的信噪比来进一步提高探测器分辨更小截面晶格的能力,提高 PS-SiPM微单元的数量来降低饱和效应从而提高探测器的相互作用深度分辨率。从实验结果可以看出,基于 PSAPD的三维相互作用深度测量 PET探测器具有更好的性能,今后计划使用新的 PS-SiPMs和 SiPM阵列进行该类型探测器的研发。     

晶体表面特性对PET探测器性能的影响

<正>电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为最灵敏和具有定量测量能力的功能分子影像技术,越来越广泛地应用于生物医学研究,如疾病的动物模型、新药物的研发和新治疗方法的评估等。提高探测器的性能是改进PET仪器性能的关键,PET探测器通常由分割的闪烁晶体阵列和光探测器组成,文中使用位置灵敏光电倍增管和不同晶体表面特性的硅酸钇镥((Lu,Y)2Si O5,LYSO)晶体阵列,对新型的双端读出三维PET探测器和传统的单端读出二维PET探测器的性能进行了测量。实验结果表明,对于双端读出PET探测器,两种晶体阵列提供相近的晶体分辨图和能量分辨率,但非抛光晶体阵列提供好的深度分辨率,双端读出PET探测器需要使用表面不抛光的晶体阵列;对单端读出PET探测器,抛光晶体阵列提供好的晶体分布图和能量分辨率,单端读出PET探测器需要使用表面抛光的晶体阵列。