PET的基本原理.ppt

PositronEmissionTomographyCANCERHOSPITALCAMS国内PET研发现状数据重组探测器工作原理CANCERHOSPITALCAMSPET成像基本原理：CANCERHOSPITALCAMSCANCERHOSPITALCAMS9
探测器必须具备以下基本性能:
(1)高阻止能力;
(2)高空间分辨率;
(3)高能量分辨率;
(4)高时间分辨率;
(5)造价便宜。

当前面临的主要挑战是研发适用于多模态成像设备、具有DOI(DepthOfInteraction)和TOF(TimeOfFlight)性能的探测器器件和设计结构。2、PET探测器器件技术的进展

2.1闪烁晶体的发展

闪烁体材料大致可分为以下三类：
用于γ射线探测的CsI(Tl)晶体
无机闪烁体：包括碱金属卤化物晶体（如NaI(Tl)、CsI(Tl)等）、其他无机晶体（如CdWO4、BGO等）、玻璃体
有机闪烁体：有机晶体（如蒽、芪等）、有机液体、塑料闪烁体
气体闪烁体：如氩、氙等

NaI(Tl)晶体是较早应用于PET的闪烁晶体,其光产量很高,因此能量和空间分辨率令人满意,但衰减时间长,增加了系统死时间和随机符合率,而且密度低,阻止能力较差
BGO晶体的衰变常数大,光产量低,能量分辨率差,但密度大,阻止本领强,灵敏度高
新型晶体LSO和LYSO是响应速度快、光产额高及高密度的闪烁晶体,它们能够满足TOF-PET的性能要求。
GSO晶体的阻止本领和光产额较低,但其能量分辨率和光产量的均匀性,要优于LSO,基于GSO晶体的PET，设备的整体系统能量分辨率甚至超过基于LSO晶体的PET设备。

光电探测器的选择
光电倍增管主要由入射窗、光阴极、倍增系统(栅极、打拿极)、阳极等构成
由晶体产生的荧光经光电倍增管的入射窗打在光阴极上,发生光电效应,打出电子,电子在光电倍增管的打拿极上逐级倍增,最后被阳极收集,形成电信号

2.2光电探测器的进展
光电倍增管(photomultipliertube,简称PMT)是PET中应用最为广泛的光电探测器,是闪烁晶体探测器的驱动器。它具有高增益(典型值是106量级)、低噪声和低成本的特性,通常要求的偏置工作电压为800-1200V。
传统PMT体积大,无法实现晶体和PMT的一对一耦合,限制了利用它制造高分辨率PET探测器的能力。
硅光电倍增器件(SiPM)是近年来逐渐兴起的一种用于PET的光电探测器件与传统的光电倍增管(PMT)相比，它有着尺寸小工作电压低对磁场不敏感等优点。
3PET探测器设计技术的发展
必须认识到PET探测器的性能不仅取决于件本身的特性,还有赖于探测器的设计结构。近几年,各种各样创新的探测器设计和解决方案不断涌现,总的目的是获得更高的空间分辨率、快速响应时间、高灵敏度和合理的性价比。3.1DOI技术

目前DOI探测器主要由不同种类闪烁晶体层叠而成,其工作模式是利用不同闪烁晶体衰减时间的不同而产生的脉冲形状差别,进行脉冲形状分析(简称PSD),判定光源产生于哪一层晶体中,进而确定光子所在LOR线的精确位置。目前已经设计生产出多种闪烁晶体的组合模式,也尝试在LSO,LYSO或GSO中进行各种掺杂,进一步改变它们的衰减时间以便进行脉冲形状鉴别。其它DOI解决方案包括晶体偏移、双端光比率定位、光耦合率变化定位等方式。
3.2TOF-PET技术

TOF技术的主要优势是减小统计噪声,TOF-PET与非TOF-PET相比,统计噪声可以减小一个数量级。LSO,MLS,LGSO,LYSO和LPS等晶体的出现,使TOF技术快速发展并投入临床应用。例如,Philips公司开发的基于LYSO的商品化TOF-PET,具有600ps的符合探测分辨率。光电探测器(PSPMT、APD、SiPM)、ASICs电路、新型探测器模块结构以及图像重建算法的发展,共同促进了TOF技术的发展与应用。

TOF-PET优势：

TOF-PET可有效提高图像质量,降低放射性药物剂量,缩短扫描时间,提高检查效率,同时在某些无法保证角度采样的条件下,TOF也表现出明显的优势,为临床诊断和临床前研究带来新的变革。

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