【摘要】：空間分辨率是正電子斷層掃描(Positron Emission Tomography,PET)系統(tǒng)中重要的性能之一,在全數(shù)字PET框架下,本文對高空間分辨率動物PET儀器進行了研制。首先研究了影響PET系統(tǒng)空間分辨率的因素,動物PET非共線性對空間分辨率影響很小,主要因素是PET探測器內(nèi)在分辨率。隨著動物PET探測器的晶體條越切越細,解碼因子的重要性凸顯出來。闡述了全數(shù)字PET概念及框架,通過實現(xiàn)從源頭對PET閃爍脈沖的數(shù)字化,最大化的提升了數(shù)據(jù)獲取(Data Acquisition,DAQ)系統(tǒng)的數(shù)字化水平。其次進行了基于硅光電倍增管(Silicon PhotoMultiplier,SiPM)高分辨率PET探測器的研制。從SiPM的增益、光子探測效率、暗計數(shù)、相鄰串擾、寄生脈沖和溫度敏感性等性能分析了 SiPM應用在PET上的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。通過全面的對SiPM/PET探測器能量分辨率的各種影響因素進行了理論分析和實驗驗證,微像素單元密度為400/mm2的SiPM最適合PET應用。提出了一種雙射源法對3種不同微像素單元密度的SiPM的非線性的能量譜進行了校正,得到了更為正確的能量譜與能量分辨率。提出了兩種高分辨率SiPM/PET前端探測器設計方案,以及對比了四種DAQ多通道復用方案。選擇了陣列晶體耦合SiPM的方式,采用(Symmetric Charge Division Circuit,SCD)復用電路,并且引入了不同溫度增益自適應校正方案,完成了基于SiPM的數(shù)字PET探測器的優(yōu)化與實現(xiàn)。然后,對高空間分辨率動物全數(shù)字PET探測器展開了研制。對同樣探測面積的基本探測模塊(Basic Detector Module,BDM)升級至高空間分辨率BDM-S模塊,以多電壓閾值(Multi-Voltage Threshold,MVT)數(shù)字化方法為核心,對DAQ系統(tǒng)進行了相應的升級,并在服務器上完成軟符合系統(tǒng)和圖像重建的升級,完成了高空間分辨率數(shù)字PET系統(tǒng)的開發(fā)。進一步對解碼因子b深入分解為前端探測器設計和DAQ數(shù)字化水平兩個因素。以三種不同前端測器設計方案對多家動PET進行分類,并列舉了幾種DAQ數(shù)字化水平不同的PET系統(tǒng),隨著計算機工業(yè)的進步,從純粹模擬電路發(fā)展到專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC),再到充分利用脈沖先驗信息的MVT數(shù)字化方法,DAQ數(shù)字化水平依次變高,對解碼因子貢獻也相應變小。最后在完成基于新型光電轉換器件SiPM的動物全數(shù)字PET探測器,和高空間分辨率動物全數(shù)字PET探測器的研制,在全數(shù)字PET框架下,采用軟符合系統(tǒng),對全數(shù)字PET儀器進行了系統(tǒng)集成,并給出了 PET系統(tǒng)空間分辨率評估方法和評估結果。經(jīng)過仿真和實際實驗,高空間分辨率數(shù)字PET能夠區(qū)分包括0.7 mm直徑的Derenzo扇區(qū)。針對PET系統(tǒng)中不同通道間的時間偏移不同,提出了一種基于圓環(huán)假體的PET系統(tǒng)時間偏移優(yōu)化方法。該方法使用PET常用的液態(tài)放射源,只有簡單的n(n為PET通道數(shù))級別的加法運算,并可以將優(yōu)化單元縮小至PET可探測的最小位置單元,將有效地提升系統(tǒng)時間分辨率。在系統(tǒng)層面上,通過設定與時間分辨率對應的時間窗5 ns和2.5 ns,繪制系統(tǒng)NECR曲線,有效的提升了系統(tǒng)NECR值。該方法可進一步可推廣至臨床PET中使用。描述了動物全數(shù)字PET中進行的部分應用結果。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH772
【圖文】：

位素會發(fā)生Ｐ＋衰變，釋放出正電子（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ）。正電子會與生物體中廣泛存在的逡逑電子ｅ發(fā)生qY滅反應，之后轉化為能量５１１邋ｋｅＶ、方向相反的兩個ｙ光子，該過程如逡逑圖１－１所示。逡逑＼邐ＳｌｌＫｅＶｙ邋光子逡逑Ｖ逡逑５ＵＫｅＶｙ光子逡逑圖１－１：邋ＰＥＴ過程中示蹤劑發(fā)生的物理反應過程。逡逑ｉ逡逑

ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ，邋ＡＰＤ）邐及扣ＰＭ邋等。逡逑ＰＥＴ數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)從光電轉換器件輸出的電信號中，獲取單事件需要的能量、逡逑位置、時間信息。圖１－２中所示為ＰＥＴ邋ＤＡＱ系統(tǒng)流程示意圖。在這一系列物理過程逡逑中，首先qY滅事件發(fā)生在兩個探測器的位置，會造成兩個時間本質(zhì)上的飛行時間逡逑（Ｔｉｍｅ邋Ｏｆ邋Ｆｌｉ班ｔ，邋ＴＯＦ）誤差；其次從ｙ光子到得到時間信息會經(jīng)歷多個不確定性的逡逑延遲環(huán)節(jié)，進一步造成兩個事件信息的時間差。所Ｗ，在ＰＥＴ中設定一定的符合時逡逑間窗（１０－２０邋ｎｓ，或者更短），落在時間窗內(nèi)的兩個時間為一對符合事件被記錄下來。逡逑因為存在這種時間不確定性，系統(tǒng)的符合事件通常包含Ｈ種類型：真符合事件、散逡逑射符合事件和隨機符合事件。其中，散射符合事件中有一個ｙ光子因為康普頓散射逡逑２逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1

本文編號：2722700