《一种小型高分辨伽玛相机的性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种小型高分辨伽玛相机的性能研究（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要基础医学研究和基础药学研究追切需要较高分辨的小型Y 相机用于动物实验中单个脏器的成像；临床医学需要小型灵活的Y 相机用于人体的单个脏器的检查。本论文瞄准上述需求，对基丁位置灵敏光电倍增管的小型单管Y 相机的性能的提高进行了模拟和实验研究。分别研究了采用平板式晶体的单管Y 相机和采用晶针阵列晶体的单管Y 相机以及采用波长位移光纤耦合平板式晶体的单管Y 相机的各项性能，在如何提高小型单管y 相机的性能，建立一种高分辨的小型单管Y 相机等方面得出了一些有重要意义的结果。论文分为如下几个部分：一、位置灵敏光电倍增管( P S P M T ) 是小型单管Y 相机的重要组成部分。我们对R 2 4 8
2、6 0 5型位置灵敏光电倍增管的性能有了一个比较详细的了解，它是小型高分辨单管Y 相机建立的基础。在边界处，管子本身存在位置非线性，测量到的位置有向中心压缩的趋势但在有效区( 巾5 0 r a m ) 内，非线性不明显。管子增益存在不均匀性。即使在有效区域内，也有2 03 0 ，6 的不均匀性，而边界处更犬，达5 0 。中心区( 巾5 0 m m ) 的空间分辨率为0 4 m m左右；边界处分辨率变差，约为0 5 m m 左右。由于位置灵敏光电倍增管的上述优越性能，很快在影像核医学上引起重视。基于P S P M T 的离分辨的便携式小型Y 相机作为人体局部显像或小动物显像是非常有前景的。二、对
3、晶针阵列晶体中荧光光子的产生和传输进行了计算机模拟，结果表明：晶针具有聚焦效果，能够限制光子的分布，有效地解决光子的扩散问题。我们已经知道限制采用平板式晶体的单管Y 相机性能的主要因素就是闪烁光子的扩散，因此用晶针阵列代替平板式晶体，可以有效解决光子扩散问题，从而大大的提高相机的各项性能。相对于平板晶体，晶针阵列晶体可以消除光传输带来的位置压缩，并且能够提高系统的灵敏度，从而提高空间分辨率，其空间分辨率基本上是由晶针的大小决定的。三、对波长位移光纤( W S F ) 耦合平板式晶体的光子传输性能进行了计算机模拟，结果表明：( j ) 从模拟数据中知道，Y 射线与晶体发生作用的地方所对应的光纤输
4、出的平均光子数 分别为2 4 个( 5 9 5 K e V 的Y 射线入射时) 和5 3 个( 1 4 0 K E Y 的Y 射线入射时) 。若位置灵敏光电倍增管的光阴极面的量子转换效率为2 0 ，则位置灵敏光电倍增管可以探测到的光电子数分别为5 个和1 1 个，这对于位置灵敏光电倍增管来说是完全可以探测到的，也说明我们采用平板式晶体_ w S F 光纤一P S P M T 的读出方式是可行的。( 2 ) 用波长位移光纤耦合Y A P晶体进行传输时，尽管位置灵敏光电倍增管收集到的荧光光子数急剧下降很大( 这会导致在用重心法计算分布中心时误差增大) ，但是荧光光子分布的大大变窄弥补了这种下降，使
5、得空间分辨率仍旧有了提高。( 3 ) Y 射线与晶体发生佧阍的地方所对应的光纤输出的平均光子数和总的光子数最大，周丽的光纤输出的平均光子数和总光子数依次递减，特别是两端的光纤，它们输出的平均光子数和总光子数都非常小，基本上可以忽略不计，说明只有在入射点附近的- - + 部分光纤包含位置信息这样在计算作用点相应的像点位置时，就能够更准确地得到像点的位置，减少误差。 四、采用直径为7 5 m m 厚度为1 0 m m 的N a I ( T I ) 平板式晶体和位置灵敏光电倍增管建立了小型单管y 相机系统，对它的性能参数进行了实验测试，结果表明：本单管Y 相机结构简单、体积小、使用方便。对应2 r
6、a m 直径准直孔的A m - 2 4 放射源空间分辨率( F W H M )约为5 4 m m ，能量分辨率为2 0 ( F W H M ) ，微分非线性1 2 r a m ，绝对非线性2 3 m m 。用泛面源”T c 来进行显像时积分均匀性约为5 0 ，微分均匀性约为3 6 。限制其性能的最主要因素是边缘的压缩效应，光阴极有效区域为中5 0 m m ，大于中5 0 r a m 时，压缩效应非常严重。通过选择合适的晶体边界条件、减小晶体厚度和晶体与光阴极间耦台玻璃窗的厚度，可在一定程度上减小压缩效应。五、采用尺寸为4 8 2 4 8 2 5 m m 的晶针阵列N a I ( T I ) 晶
7、体和位置灵敏光电倍增管建立 了小型单管y 相机系统，对它的性能参数进行了实验测试。( 1 ) 晶体中心处对5 9 5 K e VY 射线的能量分辨率为1 4 ( F W H M ) 。( 2 ) 整块晶体的能量响应的均匀性为：积分均匀性3 5 、 微分均匀性2 7 。( 3 ) 整块晶体只有在很靠近边界区域( 4 m m 范周内) 才出现压缩效应， 大部分区域( 一2 4 m m ，+ 2 4 m m ) 内线性很好。( d ) 整块晶体的线性刻度系数的平均值为1 6 7 0 i x e l s m m 。( 5 ) 整块晶体的微分非线性的平均值为0 3 7 5 m m ，绝对非线性的平均值为
8、1 4 2 6 m m 。( 6 ) 整块晶体的空间分辨率为2 5 m m 。由丁f 晶针单元限制了闪烁光子的分布，所以采用N “( T 1 ) 晶针阵列的小型单管Y 相机的空间分辨率基本上由晶针的大小决定。它的压缩效应主要是由于光电倍增管的压缩效应引起的，而N a I ( T I ) 晶针阵列自身引起的压缩效应很小。用品针阵列代替平板式晶体，可以有效解决光子扩散问题，从而大大的提高相机的各项性能。A b s t r a c tS m a l la n df l e x i b l eg a m m ac a m e r a sw i t hf a i rs p a t i a lr e s
9、o l u t i o na r ew i d e l yr e q u i r e di nb o t hm e d i c i n es c i e n c ea n dp h a r m a c o l o g yf o ri m a g i n ga n i m a lo r g a n sa n df o rd i a g n o s i n gas i n g l eo r g a nc l i n i c a l l y A i m i n ga tt h er e q u i r e m e n t sa b o v e h o wt oi m p r o v et h ep
10、r o p e r t yo fg a m m ac a m e r ab a s e do i lp o s i t i o ns e n s i t i v ep h e t o m u l i t i p l i e rt u b e ( P S P M T ) w a ss t u d i e dv i aM o n t e - C a r l os i m u l a t i o n sa n de x p e r i m e n tT h op e r f o r m a n c eo ft h r e et y p es m a l lg a m m ac a m e r a s
11、h a sb e e ns t u d i e d S o m es i g n i f i c a n tc o n c l u s i o n sa r ep r e s e n t e di nt h i sd i s s e r t a t i o n T h em a i nc o n t e n t sa r es u m m a r i z e da st h ef o l l o w i n g ：1 T h ep o s i t i o ns e n s i t i v ep h o t om u l t i p l i e rt u b e ( P S P M T R 2
12、4 8 6 ) w i t hc h a r g ed i v i d i n gr e a d o u ti st h em a i nc o m p o n e n to f t h es m a l lg a m m ac a m e r a T h ep a r a m e t e r sa l et h a t ：t h el i n e a rf i e l do f t h eP S P M T - R 2 4 8 6i s 中5 0 m m ；t h eg a i nn o n u n i f o r m i t yi nt h el i n e a rf i e l di s
13、2 0 3 0 ；s p a t i a lr e s o l u t i o no f t h eP S P M T l 也4 8 6i nt h ef i e l do f 巾5 0 m mi s0 4 m m 2 T h ep r o d u c t i o na n dt r a n s p e r t a t i o no ft h ef l u o r e s c e n c ei nN a I ( T 1 ) s c i n t i l l a t i o np i x e l sa r r a yw a ss t u d i e dv i ac o m p u t e rM o
14、 n t e - C a r l os i m u l a t i o n s T h es i m u l a t i o n sr e s u l t ss h o w s ：b e c a u s ee a c hp i x e lc a np r o d u c eam u c hf o c u s e dl i g h ts p o ta n dr e s t r i c tt h es p r e a do fp h o t o s ，p o s i t i o nr e s o l u t i o no ft h eg a m m ac a m e r au s i n gN a
15、 I ( T I ) s c i n t i l l a t i o np i x e l sa r r a yc o u p l e dt oaP S P M Ti sm a i n l yd e t e r m i n e db yp i x e ls i z e ；C r y s t a la r r a yp i x e lc a l lr e d u c es h r i n k a g ee f f e c ta n di m p r o v ei n t r i n s i cp o s i t i o nr e s o l u t i o ng r e a t l yv i a
16、r e s t r i c t i n gt h es p r e a do f p h o t o s 3 T h ep r o d u c t i o na n dt r a n s p o r t a t i o no ft h ef l u o r e s c e n c ei nw a v e l e n g t h - s h i f t i n gf i b e r sc o u p l e dt oY A Ps c i n t i l l a t i o np l a n a rc r y s t a lw a ss t u d i e dv i ac o m p u t e rs i m u l a t i o n s T h ec o n c l u s i o n sa l et h a t ：( 1 ) T h em e a nn u m b e ro f p h o t o n si s2 4 ( 5 9 5 K e Vg a m m ar a y ) a
