高空間分辨率動物全數(shù)字PET儀器研制.pdf

1、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

2、化，最大化的提升了數(shù)據(jù)獲?。―ata 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?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/

3、mm2的SiPM最適合PET應(yīng)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(shè)計方案，以及對比了四種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探測器

4、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(yīng)的升級，并在服務(wù)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(shè)計

5、和DAQ數(shù)字化水平兩個因素。以三種不同前端測器設(shè)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(yīng)變小。
　　最后在完成基于新型光電轉(zhuǎn)換器件SiPM的動物全數(shù)字PET探測

6、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(jié)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0.7mm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