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基于单块晶体的高分辨率小动物PET扫描仪设计与性能评估：一项模拟研究
摘要： 通过提高灵敏度和空间分辨率，可优化专用小动物PET扫描仪的功能。目前大多数已开发和商用的小动物PET扫描仪均采用像素化闪烁体，因此其空间分辨率受限于晶体像素尺寸。像素化晶体的主要缺点包括：制造工艺复杂、灵敏度低以及无法进行深度相互作用计算（DOI）。而单块闪烁体晶体作为最常用的替代方案之一，具有更高的灵敏度、DOI识别能力及更低的成本优势。 我们已基于像素化闪烁体和硅光电倍增管（SiPM）设计并实现了专用小动物PET扫描仪。本研究计划提出一种基于单块晶体的新型优化设计方案，在保持与原扫描仪相近性能的同时，进一步优化单块晶体的厚度参数以实现灵敏度与空间分辨率的平衡。所有模拟均基于经过验证的蒙特卡罗工具包GEANT4完成。我们将近期制造的像素化晶体扫描仪与优化后的单块晶体扫描仪进行模拟对比，实验验证采用由十个像素化?？樽槌傻男《颬ET系统。 研究预期表明：若用单块晶体（厚度8mm，入射面50.2×50.2mm2）替代像素化晶体（由24×24个LYSO元件组成，单晶尺寸2×2×10mm3），在保持平均空间分辨率不变的前提下，视场中心灵敏度可提升约17%，同时制造成本显著降低。模拟结果显示：即使未考虑深度相互作用（DOI），6mm厚度的晶体仍能获得可接受的空间分辨率（视场中心约1.3mm FWHM）和较好的绝对灵敏度（约1.6%）。
关键词： 单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、冠状动脉CT血管造影（CTA）、正电子发射断层扫描（PET）/PET-CT、伽马相机、模型与模拟
更新于2025-09-23 15:22:29
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用于核医学伽马成像的单体GAGG:Ce与PMT及SiPM阵列耦合特性研究
摘要： GaGG:Ce闪烁晶体因其诸多优势（高密度、短衰减时间、高光输出、良好能量分辨率、无自辐射、不吸湿）在核成像领域极具应用价值。但直至近期生长工艺改进后，才得以制备大尺寸晶体用于单块配置。由此可克服像素化晶体的主要缺陷——响应不均匀、生产成本高及光学光损问题。本研究对该潜力晶体分别与单通道PMT（用于能谱测量）和新型SiPM技术（50%光子探测效率与74%几何填充因子）耦合的性能进行了表征。检测显示其探测效率在SPECT（122keV处87%）和PET（356keV处18%）应用中均表现良好。但能量分辨率结果出人意料：356keV处单通道PMT与SiPM配置分别为8.9%和8.0%，即所用SiPM实现了优于单通道PMT的能量分辨率。此外还观察到优异的成像性能，具备毫米级本征空间分辨率。
关键词： 单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、正电子发射断层扫描（PET）及PET/CT、伽马相机、术中探头、闪烁体与闪烁光纤及光导、冠状动脉CT血管造影（CTA）、闪烁扫描及全身成像
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用铅氟化物（PbF?）晶体中的切伦科夫光实现511 keV光子快速高效探测，并与MCP-PMT及SAMPIC数字化?？轳詈?
摘要： 我们研究了利用切伦科夫光高效探测511 keV光子的可能性，旨在将其应用于飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）。我们设计并测试了两种由PbF2晶体与Planacon MCP-PMT XP85012耦合组成的探测?？?。放大后的PMT信号通过SAMPIC?？榻惺只恚媚？榫哂懈叽?0^5事件/秒的高读出速率，且对时间分辨率的影响可忽略不计（低于20 ps，半高全宽）。我们开发了一套快速二维扫描系统来校准PMT的时间响应，并详细研究了Planacon PMT的定时特性。使用放射性22Na源测量发现：在10毫米厚晶体中，511 keV光子的探测效率为24%，符合分辨时间为280 ps。我们分析了限制大面积探测?？槭奔浞直媛实闹饕蛩?，并提出了改进方案，这些方案将在未来项目中予以验证。
关键词： 用于紫外、可见光和红外光子（真空环境）的光子探测器（光电倍增管、混合像素探测器等）、切伦科夫辐射与过渡辐射、伽马相机、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、正电子发射断层扫描（PET）、PET/CT、冠状动脉CT血管造影（CTA）
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于Timepix3技术的康普顿相机
摘要： 康普顿相机的工作原理基于对入射伽马射线康普顿散射事件的重建。初级伽马射线首先在第一探测器（称为散射探测器——通常较薄）中发生散射，该探测器记录反冲电子的位置和能量。散射后的伽马光子继续向第二探测器（称为吸收探测器——通常较厚）传播并被吸收，该探测器记录散射伽马光子的能量与位置。通过康普顿散射方程可确定散射角，并将原始伽马射线的可能方向估算为锥面。当康普顿相机记录足够数量的此类事件后，即可重建伽马源的位置与形状。 Timepix3作为混合单光子计数成像像素探测器，是构建紧凑型康普顿相机的理想器件。该事件驱动读出芯片（每个被击中像素立即传输至读出系统）能同步记录每个像素的入射伽马射线到达时间（ToA）与能量，具有高能量分辨率（60keV时1keV，356keV时7keV）和时间分辨率（1.6纳秒）。Timepix3读出芯片可与多种传感器材料（硅、碲锌镉、碲镉汞）组合使用。 本文展示了一种基于康普顿相机原理的伽马射线成像超紧凑探测器系统，由至少两层针对伽马射线追踪优化的Timepix3混合像素探测器构成：前端散射探测器层采用1毫米厚硅材料，末端吸收探测器层配备厚度达2毫米的厚型碲镉汞或碲锌镉传感器。若采用多层碲镉汞/碲锌镉结构，整个探测器的总吸收率可显著提升。虽然理论层数不受限制，但实际验证采用两层配置。得益于Timepix3对ToA与能量的同步测量，可精确检测探测器层间的符合事件，进而根据这些事件的能量与位置估算原始伽马射线的可能方向。该康普顿相机的角分辨率取决于探测能量，约为1度量级。
关键词： PET、PET/CT、冠状动脉CT血管造影（CTA）、伽马相机、粒子追踪探测器、康普顿成像、SPECT
更新于2025-09-09 09:28:46
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高性能、高性价比正电子发射乳腺扫描仪的模拟与评估
摘要： 乳腺癌是女性肿瘤死亡的主要原因，因此近年来引入了多种影像学手段以更好地诊断该疾病。据估算，2017年新增乳腺癌病例达246,660例，死亡率超过40,000例。早期诊断被广泛认为是有效治疗的关键，同时有助于降低发病率和死亡率。正电子发射乳腺成像仪（PEM）是一种专用于乳腺的成像设备，通过探测成对湮灭伽马光子来检测乳腺组织异常。该设备结构紧凑，视野范围经过优化可覆盖整个乳腺区域，且采用少量探测器?？?，具有成本优势。要实现极早期乳腺癌的有效诊断，需要具备高空间分辨率和高灵敏度的设备?；诎氲继宀牧系腜EM探测器虽具有优异的本征空间分辨率，但成本较高；而基于闪烁体晶体的探测器虽具成本效益，但对微小乳腺病灶的本征分辨率有限。本研究聚焦于通过模拟采用1×1×10 mm3激光加工闪烁体晶体的PEM扫描仪来提升闪烁体探测器的分辨率。模拟使用GEANT4应用发射断层成像（GATE）软件完成，并依据美国电气制造商协会（NEMA）标准进行性能评估测试。该扫描仪几何结构具有90 mm横轴视野（FOV）和105 mm轴向FOV。评估结果显示：系统灵敏度为10.6%，视野中心（CFOV）及横轴2.5 cm处的空间分辨率为1.0 mm，轴向2.5 cm位置的分辨率为2.1 mm。NEMA图像质量测试与Derenzo模体研究表明，该扫描仪能清晰分辨直径1 mm的热棒。
关键词： PET、PET/CT、X线乳腺摄影、闪烁扫描及磁共振乳腺成像、冠状动脉CT血管造影（CTA）、伽马照相机、SPECT
更新于2025-09-09 09:28:46