【摘要】：正電子斷層成像(Positron Emission Tomography,PET)是一種具有非侵入性特點、可實時、可定量進行功能性成像的醫(yī)學影像設備,它可以動態(tài)、無創(chuàng)的評估反映出活體組織內部各部位的生化代謝情況和活動功能。PET目前廣泛應用于在腫瘤的先期診斷與術后檢測。同時其也在心臟系統(tǒng)疾病以及神經系統(tǒng)疾病等方面的診斷治療發(fā)揮越來越大的作用。由于其無創(chuàng)、動態(tài)特點在生物醫(yī)學研究以及藥物開發(fā)等領域具有的獨特應用價值。由于數字化具有抗干擾能力強,易于改進升級,便于應用各種校正的優(yōu)勢,所以數字PET設計是近些年來研究熱點之一。本文主要工作內容為基于硅光電倍增管(Silicon Photo-Multiplier,SiPM)以及數字化PET技術完成動物PET高空間分辨率探測器的設計。SiPM作為半導體光電倍增器件具有體積小、成本低、增益高、供電電壓低、對磁場不敏感等優(yōu)點,在PET設計中正逐漸的替代光電倍增管(Photom-Multiplier Tubes,PMT)成為新一代基礎元件。由于SiPM陣列體積小,搭建系統(tǒng)時通道數眾多,后端復雜度高。為了降低通道數目提高系統(tǒng)集成度,簡化復雜度,本文對SiPM陣列應用了通道復用,將36個SiPM共72個輸出信號復用為5路信號輸出。并在前端探測模組中設計并引入了適用本設計的切割光導提高探測器性能。在信號數字化采集中,將基于先驗信息的多閾值電壓數字化閃爍脈沖采樣方法應用于電子學設計,完成閃爍脈沖信號的數字化采集。并提出一種增益自適應方法以減小同型號不同增益或不同批次SiPM陣列的應用差異性。本工作使用所設計探測器搭建了一個十二邊型PET探測環(huán)作為性能評估裝置,對探測器的性能進行了評估。本文所設計探測器模組具有106×53mm~2的探測面積,采用數字化模塊化思想設計,靈活性強,易于拓展。位置譜清晰,所有晶體條可以被算法有效識別,基本探測模組的平均能量分辨率為14.7%@511keV。同時在探測器級別具有1.4ns的時間分辨率,在基本探測單元級別具有1.1ns時間分辨率。通過對Derenzo假體對其空間分辨率進行了性能評估,在最終成像中可以分辨出1.0mm的孔徑。
【圖文】：

圖 1-1 放射性同位素產生 γ 光子過程據獲取生后會被 PET 探測器捕獲并獲得其中蘊含的信息，PET 分別是前端探測器模組和后端電子學數據獲得系統(tǒng)。前子，將高能光子轉化為電信號用于后續(xù)檢測，主要由閃爍閃爍晶體這一材料具有較高密度，光子在其內部可以進子完成能量沉積后會生成可見光光子，一般的，，在 PET 過光子數與 γ 光子自身能量存在一定線性關系，可見光數產生的信號幅值越大。PET 探測器中常用的閃爍晶體有 �？梢姽夤庾佑晒怆娹D換器件轉換為電信號，由于閃爍晶小，光電轉換器件還需要具有較高增益完成對微弱電信號電子轉換器件有雪崩光電二極管（Advalanche Photodiodeto-Multiplier Tubes, PMT）以及硅光電倍增器件（Silicon Ph后端電子學數據獲得系統(tǒng)主要負責將前端探測器輸出的電

圖 1-2 PET 系統(tǒng)數據獲取及成像過程在 PET 數據獲取系統(tǒng)中會得到散射符合事件、隨機符合事件和真符合事件合事件。如圖 1-3 所示，散射符合事件是一對 γ 光子在活體組織內發(fā)生散射康普頓散射）后被探測器同時獲��；隨機符合事件是隨機發(fā)生，探測器探不相關的 γ 光子成為一對符合事件；真符合事件就是一對正常在物體或組湮滅反應后產生的一對 γ 光子被獲取。散射事件和隨機事件造成了錯誤的大的降低最終成像的信噪比，在符合之前采用合適的能量窗可以將大多散件濾除，PET 系統(tǒng)中常用的能量窗有 ～ keV 和 ～ keV 。隨件其可以由公式 R A1A2 T 來計算，其中 A1和 A2分別為同一條 LOR測器各自的單事件計數率， T 為 PET 系統(tǒng)的時間窗。由公式得出在 PET以通過減小系統(tǒng)符合中使用時間窗來減小隨機符合事件數量。首先引入探分辨率的概念，將一個點狀射源置于一對 PET 探測器的中心位置采集一定計算采集數據中符合事件的到達時間差值，由于 PET 過程中各種不確定度該差值統(tǒng)計分布為一個高斯分布，對其進行高斯擬合后取其半高寬（Full
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH77

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本文編號：2619603