基于连续晶体PET探测器模块电子学设计

和传统的基于分割晶体PET探测器相比,基于连续晶体的PET探测器具有设计结构简单、能量分辨率高、探测器效率高以及低造价等优点,近年来得到广泛的研究。基于连续晶体PET探测器的最大难点是要用探测器获得闪烁光分布,进而通过作用点定位算法计算γ光子的作用位置。探测器模块电子学需要读出和获取闪烁光的分布,因而电子学变得相对复杂。论文针对自行建立的基于连续LYSO晶体和神经网络定位算法的PET探测器模块的信号读出和数据获取的要求,设计和实现了64通道数据读出和获取电子学系统。该系统采用8片8通道、50 Mbps、串行输出、12 bit ADC对每个通道进行数字化,从海量的核事例中遴选出有效的核事例,在FPGA内实现数据打包、定时符合、基线恢复等功能。经过测试,电路各通道噪声低,增益一致性好。整个电子学系统结构紧凑、性能优良,适合基于连续晶体PET探测器的相关实验研究和应用研究。     

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。     

双层错位DOI脑PET探测器晶体厚度组合优化设计

双层错位晶体阵列是正电子发射断层成像（PET）仪获取作用深度（DOI）信息的一种低成本且简便的方案。为获得晶体厚度最优组合方案,本文使用GATE软件进行蒙特卡罗仿真研究。模拟兼容核磁共振成像（MRI）的嵌入式脑PET,环内径345 mm,使用硅酸钇镥（LYSO）晶体,2层晶体总厚度20 mm,内层晶体从0 mm到10 mm共11种厚度（间隔1 mm）;进行点源模拟实验,点源位于中心断层x轴上,偏移从x=0 cm到x=10 cm共6种情况（间隔2 cm）。计算中心点灵敏度;采用滤波反投影算法重建图像,评估径向空间分辨率。结果显示,双层晶体的设计相比于单层晶体灵敏度略有下降,但系统径向空间分辨率显著提高且其均匀性得到改善。随着内层晶体厚度的增大,视野平均径向空间分辨率先减小后增大,在内层晶体厚度为8 mm时达到最小。综上所述,所设计的双层错位DOI脑PET探测器晶体厚度最优组合方案为内层晶体厚度8 mm、外层晶体厚度12 mm。     

基于多种探测算法结果分级融合的PET探测器晶体查找表建立算法

高分辨率是现代正电子发射型断层显像仪(Positron Emission Tomography,PET)设备最重要的技术指标之一,高分辨率PET探测器通常由海量闪烁晶体组成,这使得探测器校准时,晶体查找表建立的工作量大幅增加,从而对相关自动化算法的鲁棒性提出了更高的要求。目前,晶体阵列的矫正主要依赖固定放射源对探测器晶体阵列成像得到的光子二维位置直方图。高分辨率PET探测器的晶体阵列中晶体个数增多,尺寸变小,导致二维位置直方图信噪比下降,且非线性形变更加复杂,使已有的晶体查找表建立算法都无法得到理想的自动化效率。在测试了多种前沿的晶体查找表建立算法后发现,某些算法的结果之间有很强的互补性,可以通过将多种算法结果相融合的方法得到优于单一探测算法的结果。因此提出了一种基于多种探测算法结果分级融合的晶体查找表建立算法,在实现过程中选取了三种互补性较强的晶体探测方法,分级融合其结果,大幅度降低了二维位置直方图上晶体分割的出错概率,获得了鲁棒的结果。     

乳腺影像学专用PET探测器模块设计

为进一步提升乳腺影像学专用PET系统的空间位置分辨率,基于LYSO晶体与位置灵敏光电倍增管耦合,设计了一种专用LYSO-PET探测器模块。探测模块由12×12根1.5 mm×1.5 mm×10 mm LYSO晶体条阵列与PS-PMT耦合组成,通过PXI 8501采集系统,获取入射粒子的2D泛场图像、能量信息及位置信息。该探测模块平均位置分辨率可达0.22 mm(本征)和0.55 mm(²²Na探测条件下);平均能量分辨率为22.4%(²²Na探测条件下)。双探头PET系统FOV中心²²Na点源轴向空间分辨率可达1.13 mm。探测器模块已基本满足位置分辨率要求,为实现亚毫米乳腺影像学专用PET系统提供了硬件支持。     

GRM复合晶体探测器读出系统设计

针对SVOM卫星中的γ暴监视仪的叠成闪烁体探测器,设计了一套混合信号读出系统,用于获取GRM复合晶体探测器输出电压脉冲幅度与信号宽度,并根据脉冲的宽度对信号进行甄别分类。在系统设计中采用FPGA对系统进行时序控制,使用高速峰值保持电路对复合晶体输出信号进行峰值保持,利用RS232数据接口完成测试系统与PC机的数据交换。测试结果表明,本工作所设计的系统可稳定可靠地实现对复合晶体输出信号的获取与甄别分类。     

美国研发出便携式辐射探测器

【英国《国际核工程》2002年5月刊报道】 健康与安全执行委员会(HSE)就2001年第四季度发生的一起事件发布报告。英国核燃料公司(BNFL)在其塞拉菲尔德场地的地下水中探测到锝-99之后,就报告了这起事件。在随后进行的几次分析中还探测到在该地区的其他地方也有浓度较低的Tc-99。在本地区以外探测到Tc-99,但其浓度远远低于本地区。 HSE要求BNFL确定放射性的来源并报告公司为防止进一步泄漏和放射性物质离开场地所做的工作。 厂房中的淤渣贮槽。多年来,一直怀疑这些贮槽发生泄漏,为防止泄漏,最近对其进行了改进。最新探测似乎可以证实,被…     

美国研发出便携式辐射探测器

【英国《国际核工程》2002年5月刊报道】 美国工程师最近开发出了一种便携式辐射探测器。边境管理局可利用这种新型仪器准确探测到非法核装运。 劳伦斯·伯克利国家实验室介绍新产品时说,Cryo3是一个重10磅、电池供电的装置,它将利用辐射光谱测定法更有效地发现隐藏着的放射性材料。通过找到传统冷却剂——液氮的替代物,研究小组把它做成轻便型。他们用一种简单并且现成的机械冷却器件成功地替代了大体积液体。 美国研发出便携式辐射探测器     

基于MAPMT的PET探测器前端IC设计

设计了-个应用于PET探测器信号读出的IC模块,具有可变增益的功能以改善输出非一致性,同时拥有很低的输入阻抗,实现了低噪声特性.文章描述了电路的结构,着重阐述了电路设计以及性能.     

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。     

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。     

LSO闪烁晶体探测器能量响应研究

应用蒙特卡罗与解析计算相结合的方法计算了一种LSO闪烁晶体探测器对不同能量中子和γ射线的相结灵敏度,分析了晶体长度对探测器灵敏度和γ／中分子分辨能力的影响,理论计算的灵敏度能量响应曲线与实验标定结果进行了比较,两者趋势基本一致。     

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。     

PET复合晶体甄别电子学及算法设计

设计并实现了一种高分辨率复合晶体探测器和电子学,并提出一种系统辨识的算法。复合晶体探测由LYSO(Lu2-xYxSiO5)和YSO(Y2SiO5)两种晶体交错排列而成,目的在于提高晶格的定位能力,改善空间分辨率。由甄别电路完成对PMT(photomultiplier tube)原始信号的处理,使用了高速ADC对信号连续采样,由FPGA完成波形采集,并能够完成实时基线恢复。甄别算法是分析了探测器响应和电子学采集模型之后提出的,是一种系统辨识算法。晶体甄别是基于提取与信号的衰减时间常数相关量来完成的。对LYSO和YSO的单晶体条实验,其甄别率超过98%;并绘制了甄别后两种晶体的二维直方图(2Dmap),有效地减少晶格间交叠,提高了空间分辨率。     

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。     

高分辨率密度测井探测器晶体尺寸的选择

为了合理选择探测器晶体尺寸,以提高高分辨率密度测井探测器对地层的反应能力和测量精度,应用Monte Carlo数值模拟技术,对不同半径的长、中间、短源距探测器晶体,分别计算得到了探测器计数随晶体长度的变化规律,探测器对地层灵敏度随晶体长度的变化规律.由计算结果得出,晶体的半径和长度直接影响到探测器的计数和对地层的灵敏度...     

晶体表面处理对用于PET的一种深度检出型探测器的时间响应特性的影响

晶体的不同的表面处理影响着总的光输出量,进而影响有它们构成的PET探测器的性能。为了优化设计一个新提出的深度检出型探测器,比较研究了不同表面情况的LSO晶体组成的该探测器的光输出量和时间分辨率特性。     

新型溴化镧闪烁晶体探测器研制

采用优选的封装材料及优化的工艺,将Φ1.5"×1.5"的LBC闪烁晶体与R6231-100光电倍增管直接耦合,并整体封装在铝合金外壳中,制成新型溴化镧闪烁晶体探测器。该探测器的能量分辨率为2.8%(~(137)Cs),在500 keV~1400 keV范围内能量响应的非线性为0.96%,脉冲幅度随探头方向的变化量为0.2%,在-30至+40℃范围内脉冲幅度输出的温度系数为-0.65%/℃。探测器除了来自于~(138)La的0.077cm~(-3).s~(-1)本底辐射外,还有来源于~(227)Ac及其子体的0.99cc~(-1).s~(-1)本底辐射。     

新型晶体阵列探测器在MicroPET中的应用

PET因为采用了符合探测的原理,所以可得到高分辨率的图像。将这项技术应用于小动物的各项研究之中,就开发出了MicroPET系统。MicroPET在生物学、医学和药学等方面具有重大的意义。简述了MicroPET的研究意义和发展历史,并以加州大学洛杉矶分校研制的MicroPET样机为例,介绍了MicroPET及其新型晶体阵列探测器的结构、原理和发展方向。     

全覆盖型动物PET系统探测器灵敏度的研究

为了提高动物PET系统探测器的灵敏度,增加探测器几何立体角的覆盖比例。在原有的Mi-cro PET系统环形探测器两端,对称添加两块中间有孔的平板探测器构成了紧密型动物PET系统。研究紧密型动物PET系统灵敏度的方法为:基于Gate程序建立系统模型,在点源、面源和体源三种类型的放射源条件下进行Monte Carlo模拟。模拟结果表明:物理结构上的改进有效地提高了探测器灵敏度,使符合事件数为传统的Micro PET的4.48倍;同时点源和面源的模拟结果说明,紧密型探测器结构使得整个探测区域空间均匀性变好,有利于数据采集和图像重建;而平板探测器中间的孔削弱了对探测器灵敏度的改善,尤其是对于放置在探测区域边缘的放射源。应用该全覆盖型结构有望进一步提高PET系统的探测灵敏度并有助于提高图像质量。