基于SiPM和连续LYSO晶体的PET探测器的仿真设计

作     者：徐铖 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢庆国

授予年度：2009年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

主      题：正电子发射断层扫描 探测器 LYSO SiPM 连续晶体 空间分辨率 GATE DETECT2000 

摘      要：正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography)是一种非侵入的成像技术,可以提供活体内放射性示踪剂分布的3D断层图像。探测器的设计是PET系统开发中一个极为重要的环节。 探测器模块主要包含两个部分:闪烁晶体和光电转换器件。新型光电转换器件SiPM以其体积小、增益高等特性越来越受到人们的关注;连续晶体以其节省人力物力、灵敏度高等特点成为探测器晶体几何的发展方向;而LYSO晶体具有良好的物理、光学特性。应用SiPM、连续LYSO晶体可能得到灵敏度高、空间分辨率较好、成本较低的PET探测器。 本文以2mm的探测器固有空间分辨率为目标,探讨了基于连续晶体的LYSO-SiPM探测器的设计。首先试探性地给出几种设计,并对其进行简单地仿真评估,得出符合要求的探测器设计;然后对得到的设计进行更接近实际的模拟,并比较、分析仿真结果,获得较优的探测器设计方案。在第一阶段的仿真中,使用DETECT2000(仿真平台)模拟了三种厚度的晶体:5mm,10mm,15mm;每种厚度有四种不同的表面处理设置:METAL 0.20RC,METAL 0.98RC,POLISH 0.20RC,POLISH 0.98RC。仿真结果表明,对于5mm的晶体,由于厚度较小,可见光光子扩散不充分,探测器的响应对γ光子的位置敏感性较差,且空间分辨率起伏较大;厚度为10mm的晶体的四种表面处理的设置的位置敏感性均较好,空间分辨率小于1mm,且表面处理为METAL 0.20RC的设置的空间分辨率最好;厚度15mm的晶体位置敏感性较好,但空间分辨率较差。根据第一阶段的仿真结果,使用GATE(仿真平台)加上DETECT2000模拟晶体厚度为5mm和10mm,表面处理为METAL 0.20RC的设置。通过比较两种设计的性能,发现晶体厚度为5mm的设计较优,此种设计的位置敏感性较好,空间分辨率小于1.2mm。