【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(duì)高空間分辨率動(dòng)物PET儀器進(jìn)行了研制。首先研究了影響PET系統(tǒng)空間分辨率的因素,動(dòng)物PET非共線性對(duì)空間分辨率影響很小,主要因素是PET探測(cè)器內(nèi)在分辨率。隨著動(dòng)物PET探測(cè)器的晶體條越切越細(xì),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(shí)現(xiàn)從源頭對(duì)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(jìn)行了基于硅光電倍增管(Silicon PhotoMultiplier,SiPM)高分辨率PET探測(cè)器的研制。從SiPM的增益、光子探測(cè)效率、暗計(jì)數(shù)、相鄰串?dāng)_、寄生脈沖和溫度敏感性等性能分析了 SiPM應(yīng)用在PET上的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。通過全面的對(duì)SiPM/PET探測(cè)器能量分辨率的各種影響因素進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,微像素單元密度為400/mm2的SiPM最適合PET應(yīng)用。提出了一種雙射源法對(duì)3種不同微像素單元密度的SiPM的非線性的能量譜進(jìn)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(cè)器設(shè)計(jì)方案,以及對(duì)比了四種DAQ多通道復(fù)用方案。選擇了陣列晶體耦合SiPM的方式,采用(Symmetric Charge Division Circuit,SCD)復(fù)用電路,并且引入了不同溫度增益自適應(yīng)校正方案,完成了基于SiPM的數(shù)字PET探測(cè)器的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。然后,對(duì)高空間分辨率動(dòng)物全數(shù)字PET探測(cè)器展開了研制。對(duì)同樣探測(cè)面積的基本探測(cè)模塊(Basic Detector Module,BDM)升級(jí)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(duì)DAQ系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的升級(jí),并在服務(wù)器上完成軟符合系統(tǒng)和圖像重建的升級(jí),完成了高空間分辨率數(shù)字PET系統(tǒng)的開發(fā)。進(jìn)一步對(duì)解碼因子b深入分解為前端探測(cè)器設(shè)計(jì)和DAQ數(shù)字化水平兩個(gè)因素。以三種不同前端測(cè)器設(shè)計(jì)方案對(duì)多家動(dòng)PET進(jìn)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(jì)算機(jī)工業(yè)的進(jìn)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(yàn)信息的MVT數(shù)字化方法,DAQ數(shù)字化水平依次變高,對(duì)解碼因子貢獻(xiàn)也相應(yīng)變小。最后在完成基于新型光電轉(zhuǎn)換器件SiPM的動(dòng)物全數(shù)字PET探測(cè)器,和高空間分辨率動(dòng)物全數(shù)字PET探測(cè)器的研制,在全數(shù)字PET框架下,采用軟符合系統(tǒng),對(duì)全數(shù)字PET儀器進(jìn)行了系統(tǒng)集成,并給出了 PET系統(tǒng)空間分辨率評(píng)估方法和評(píng)估結(jié)果。經(jīng)過仿真和實(shí)際實(shí)驗(yàn),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(duì)PET系統(tǒng)中不同通道間的時(shí)間偏移不同,提出了一種基于圓環(huán)假體的PET系統(tǒng)時(shí)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(jiǎn)單的n(n為PET通道數(shù))級(jí)別的加法運(yùn)算,并可以將優(yōu)化單元縮小至PET可探測(cè)的最小位置單元,將有效地提升系統(tǒng)時(shí)間分辨率。在系統(tǒng)層面上,通過設(shè)定與時(shí)間分辨率對(duì)應(yīng)的時(shí)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(jìn)一步可推廣至臨床PET中使用。描述了動(dòng)物全數(shù)字PET中進(jìn)行的部分應(yīng)用結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH772
【圖文】：

位素會(huì)發(fā)生Ｐ＋衰變，釋放出正電子（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ）。正電子會(huì)與生物體中廣泛存在的逡逑電子ｅ發(fā)生qY滅反應(yīng)，之后轉(zhuǎn)化為能量５１１邋ｋｅＶ、方向相反的兩個(gè)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(yīng)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(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)中，獲取單事件需要的能量、逡逑位置、時(shí)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(gè)探測(cè)器的位置，會(huì)造成兩個(gè)時(shí)間本質(zhì)上的飛行時(shí)間逡逑（Ｔｉｍｅ邋Ｏｆ邋Ｆｌｉ班ｔ，邋ＴＯＦ）誤差；其次從ｙ光子到得到時(shí)間信息會(huì)經(jīng)歷多個(gè)不確定性的逡逑延遲環(huán)節(jié)，進(jìn)一步造成兩個(gè)事件信息的時(shí)間差。所Ｗ，在ＰＥＴ中設(shè)定一定的符合時(shí)逡逑間窗（１０－２０邋ｎｓ，或者更短），落在時(shí)間窗內(nèi)的兩個(gè)時(shí)間為一對(duì)符合事件被記錄下來。逡逑因?yàn)榇嬖谶@種時(shí)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(jī)符合事件。其中，散射符合事件中有一個(gè)ｙ光子因?yàn)榭灯疹D散射逡逑２逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722700