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

• 作者: Simon R. Cherry 刘新 李成 杨永峰 梁栋 白晓薇 邝忠华 郑海荣 都军伟
• 来源期刊: 集成技术
• 学科: 医学
• 关键词: 小动物正电子发射断层扫描成像 探测器 雪崩光二极管 硅光电倍增管
• 年，卷（期）: 2016,（4）
• 页码范围: 1-13
• 页数: 13页
• 分类号: R318.6
• 语种: 中文

摘要

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。