PET探测器几何结构与系统响应矩阵关系初探

PET的系统响应矩阵代表了系统对系统视场(Field of View,以下简称FOV)中各点的探测灵敏度.它由PET探测器的几何结构和PET数据采集中的各种物理因素决定.如果忽略物理因素的影响,仅考虑探测器几何结构,此时系统响应矩阵被称为几何灵敏度矩阵,特定的探测器几何结构对应唯一的几何灵敏度矩阵.研究获取了内径相同、...     

基于GATE的PET系统仿真研究

PET和SPECT是现代核医学最高水平的影像技术,GATE是专用于PET和SPECT的蒙特卡罗仿真工具。研究以西门子公司的PET扫描仪ECAT EXACT HR+和PET/CT Biograph2为原型,分别使用GATE实现其系统的完整仿真。依据NEMA 2001标准,对仿真系统的空间分辨率、散射分数和灵敏度分别进行测试与评估。测试结果表明,仿真系统性能参数和实验结果之间具有良好的一致性。     

以Aβ为靶点的阿尔茨海默病PET显像剂的研究进展

阿尔茨海默病(AD)是一种进行性中枢神经退行性疾病,其确诊主要依据死亡后的病理学检查,但对治疗已无意义,只有早期诊断并干预,才能取得较好的治疗效果。正电子发射断层显像(PET)技术的发展,为早期非侵入性诊断AD提供了可能性。β淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成的胞外老年斑沉积(SPs)是AD的重要病理学特征之一,以Aβ为靶点的PET显像剂对AD早期诊断具有重要意义,也是该领域的研究热点。本文介绍了有机小分子类Aβ显像剂的研究进展,主要包括刚果红类、氨基萘类、苯并噻唑类、苯并噻唑衍生类、二苯乙烯类、取代二苯乙烯类和其他有机小分子,总结了Aβ显像剂的理想特征并对Aβ显像剂的发展进行了展望。     

PET探测器波形积分法位置分辨性能测量

利用波形积分法进行信号采集,得出了 PET探测器的2-D位置图,并使用分水岭算法计算了查找表。像素尺寸为2.0 mm和1.6 mm的10 × 10 LYSO以及1.6mm的12× 12晶体阵列探测器与光电倍增管直接耦合。基于1 GHz采样频率的ADQ同步数据采集卡,采用波形积分法获得了最佳的PET探测器2-D位置图。实验显示,像素为2.0 mm、1.6 mm的10 × 10 LYSO晶体以及1.6 mm的12×12的PET探测器,单个晶体条的位置区分度分别达到0.28 mm、0.20 mm和0.19 mm FWHM,平均峰谷比平均值分别为3.23、4.26和3.46。LYSO阵列晶体PET探测器模块可用于PET整机系统。     

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。     

PET发展的技术现状及展望

ＰＥＴ扫描仪是当今最昂贵的，最精密的医用诊断设备，本文就与ＰＥＴ扫描仪相关的技术（如闪烁体，光电转换器件，电子学系统，数据采集和图像重建系统以及ＰＥＴ系统设计等）发展的现状做了一个介绍，介绍对ＰＥＴ的发展前景给出了展望。     

PET对经脉循行线研究初试

本文运行ＰＥＴ沿中医传统经脉循行投影做断层显像，可重复获取清晰而稳定的断层图像，并在图像上精确测量中医传统经脉循行投影线在这上的位置和深度。发现与中医传统经脉循行路线惊人地吻合。     

基于APD阵列的PET探测器模块电子学

APD阵列γ光子探测器的诸多优点使多特别适用于PET成像技术，根据APD器件本身的特点以及PET系统对探测器模块信号读出的要求，在介绍APD实验模块前端电路的设计和性能测试以后，详细讨论了APD模块电子学的整体设计。     

正电子发射断层成像探测单元光电倍增管的增益调整

保持各个光电倍增管的增益一致性对正电子发射断层成像（PET）的质量至为重要。事件的响应输出取决于光电倍增管对于事件发生位置的光收集效率和事件的能量。光电倍增管对于某位置的光收集效率与光电倍增管对此位置所张的立体角成正比。当光电倍增管增益漂移后,通过计算出的各个管子的输出信号比值的变化完成对增益的自动调整,结果证明方法是有效的。     

PET系统中基于USB3.0的高速数据传输

针对PET系统数据量大,对数据处理速度要求高的特点,提出一种基于USB3.0接口的高速数据传输系统设计方案。该系统以FPGA为控制平台,USB3.0接口技术为核心,实现了2.2 Gbps的稳定传输速度,有效提升了PET系统的数据传输能力。     

基于蒙特卡罗模拟的不同轴向长度不同晶体材料的PET灵敏度和散射分数研究

长轴向PET是未来PET的发展方向。本文根据NEMA NU2—2012标准利用蒙特卡罗模拟工具研究了不同轴向长度和不同晶体材料对PET灵敏度和散射分数的影响,并将模拟结果与实验结果进行了比较。结果表明,模拟结果与实验结果符合很好,验证了模拟的可靠性。灵敏度随轴向长度的增加而增加,但这种增加是非线性的,且在某一长度处变化最明显,不同的PET对应的灵敏度变化最明显的轴向长度也不同。灵敏度表现最好的晶体为LuAP,YAP晶体的灵敏度最低。晶体材料和轴向长度对散射分数均没有明显影响。     

Monte Carlo Simulation Study on Impact of AFOV and Crystal on Scatter Fraction and Sensitivity of PET

Long axial field of view (AFOV) PET is the development direction of future PET. The purpose of this paper is to simulate PET using GATE toolkit to evaluate scatter fraction (SF) and sensitivity for different AFOV and different crystal materials according to NEMA NU2-2012 protocol. The simulation results were compared with the experimental results. The simulation results are in accordance with experimental results, and the reliability of the simulation is verified. As the AFOV increases, the sensitivity also increases, but this increase is non-linear and changes most significantly at a certain length, and the axial length of the most obvious sensitivity change is different for different PET. The crystal with the best sensitivity is LuAP, and the YAP crystal has the lowest sensitivity. The crystal material and AFOV have no significant impact on the scatter fraction.     

高分辨率小动物SPECT成像系统的设计与性能评估

为实现低成本、高分辨率的小动物单光子发射断层成像(SPECT),设计了一种基于临床探测器和针孔准直器的小动物SPECT成像系统。综合考虑视野尺寸、空间分辨率和绝对探测效率等指标,分别给出了单针孔和七针孔准直器的两种最优化设计方案,并通过对比两种设计方案在全视野范围内的平均空间分辨率和探测效率,对成像性能进行了评估。结果表明,与单孔准直器相比采用七针孔准直器设计可同时获得更高的空间分辨率和探测效率。经蒙特卡罗模拟成像实验验证,该七针孔准直器在临床探测器上可达0.5mm级的超高空间分辨率,且成本远低于采用专用探测器的现有小动物SPECT系统。     

脑专用PET显像探测器自由结构符合与初步实验测试

采用脑PET进行人脑功能的研究对生物医学起到至关重要的作用,为了显著提高脑PET显像质量,增加探测效率、实时显示图像,本文设计一种脑专用PET显像大面积平板型探测系统,该探测系统由两个大面积探头组成,每个大面积探头包含3×3阵列的位置灵敏光电倍增管和多个紧密排布的硅酸钇镥闪烁晶体（Ce：LYSO)阵列。并利用1 μCi的²²Na点源对晶格大小为0.7 mm×0.7 mm等六种LYSO晶体阵列进行晶体性能测试,并选用两块晶格大小为1.5 mm×1.5 mm的LYSO晶体阵列进行一对一符合探测初步断层显像。结果显示,各种晶格大小的LYSO晶体阵列的位置区分轮廓的半高宽平均值在0.38~0.49 mm之间,平均能量分辨率（半高宽）在17.61%~30.40%之间;在对²²Na点源的初步图像断层扫描实验测试中,通过滤波反投影算法获得重建图像的空间分辨率为1.5 mm,验证了大面积平板型探测系统的可行性。     

Si(Li)探测器对体状X射线源的探测效率

本文用蒙特卡罗方法确定Si(Li)探测器对体状X射线源的探测效率。在体状源被压缩到近似点状源的情况下,用模拟方法所得的效率与能量的关系曲线,同标称值有很好的符合。     

Characteristics of 16-Channel ASIC Preamplifier Board for Microstrip Gas Chamber and Animal PET

A 16-channel ASIC preamplifier board has been designed for microstrip gas chamber (MSGC) and animal position emission tomography (PET) detectors. The highly integrated ASIC chips can be used for individual readouts from a large number of channels to improve the spatial resolution and counting rate. The preamplifier board was tested to have a low optimum equivalent noise charge (ENC) of ~ 1400 e^? FWHM at a shaping time of 0.1 μs. The output voltage to input charge gain is 0.96 V/pC, and the nonlinearity is ~ 2:0% over a range of ?500 fC to 1000 fC in input charge. The rise time (10%–90%) with no input capacitor is about 54 ns. The power consumption of this preamplifier board is ~ 100 mW. The preamplifier board has been used to read out a 3 × 3 cm MSGC plate and an optimum FWHM energy resolution of 19.1% (5.9 keV peak of Fe-55) was obtained.     

地层元素测井中探测器响应数值模拟研究

地层元素测井中常利用LaBr₃、BGO等晶体探测器测量γ能谱确定元素和矿物含量,晶体探测器计数效率与能量分辨率等参数是决定能谱质量和元素含量计算精度的关键因素。本文通过对比研究LaBr₃和BGO两种晶体探测器的能谱响应特性,利用蒙特卡罗方法建立了不同元素含量与种类的地层模型,模拟研究了两种晶体探测器的γ响应能谱,并利用最小二乘法计算了元素含量。结果表明：当地层矿物模型中元素种类较少时,两种晶体探测器测得的元素含量差异较小;当元素种类较多时,由于能谱中不同元素γ射线重叠及互相干扰,LaBr₃晶体探测器测得的元素含量计算精度优于BGO晶体探测器,体现了在复杂地层岩性元素含量测量中,高能量分辨率晶体探测器的探测优势。     

井型HPGe探测器探测效率的MC模拟

采用MC方法对井型HPGe探测器全能峰探测效率进行虚拟刻度。通过改变点源在井中的位置,研究了其探测效率变化规律,并进行了实验验证;同时模拟计算了探测器对0.1~1Me V能量的探测效率。模拟与实验结果表明:137Cs放射源在井中不同位置的实验测量结果与模拟值最大相对误差6.8%,最小相对误差1.5%;探测效率随放射源离井底距离增加而减小,随入射射线能量增大而减小。     

自由结构PET在束监测碳离子治疗剂量成像过程研究

In-beam PET 成像为碳离子、质子等粒子放射治疗提供了一种非侵入式的实时剂量监测方法。本文设计自由结构的in-beam PET模型,包括环形、C型、双平板型和直角型PET,并在蒙特卡罗模拟平台GATE上仿真碳离子打靶的in-beam PET成像过程。该PET包含32个探测模块,通过自由组合的方式形成探测视野相近、适用于人体或小动物体不同部位的碳离子治疗剂量成像。每个探测模块由20×20的硅酸钇镥晶体阵列耦合硅光电倍增管构成。单个晶体大小为1.5 mm×1.5 mm×10 mm,像素为1.6 mm。在蒙特卡罗模拟平台GATE中仿真230 MeV/u的碳离子笔形束轰击聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）靶体和在束PET成像过程,得到正电子核素分布后通过MLEM算法得到PET断层图像。结果显示,图像峰位的变化反映了正电子活度峰位的移动,表明自由结构PET可用于在束监测碳离子治疗剂量分布。使用八探头平板型在束PET成像实验和仿真进行对比,其图像一维谱峰值均为27 mm,验证了自由结构PET模型用于在束监测碳离子治疗剂量成像可行。     

缪子对小尺寸中低原子序数物质三维成像技术的模拟研究

缪子成像是一种利用天然本底辐射中极具穿透力的缪子射线通过散射或透射技术对高原子序数Z或隐藏物体进行无损成像的技术。当前的研究对象是大尺寸的高Z物质,而针对小尺寸的中低Z物质的成像技术在国内鲜见报道。本文提出了一种针对小尺寸中低Z物质的三维成像技术,利用Geant4软件模拟了缪致次级粒子的产生过程,模拟结果表明次级粒子主要为电子和γ光子,通过缪致次级粒子与入射缪子符合探测技术筛选入射缪子径迹,利用有限角度成像算法对待测物体进行了三维图像重建,结果表明,该技术适合于小尺寸的中低Z物质成像,尤其对小尺寸中Z物质的重建效果明显,重建图像可区分08 cm的凹槽。