高分辨率小动物PET成像系统探测器性能测试与初步断层成像研究

发布时间：2020-03-31 18:35

【摘要】：核医学成像实验中,探测器的性能对成像质量至关重要。实验室自主搭建了一套高分辨率小动物PET成像实验平台,该平台由探测器系统、NIM电子学插件、数据获取系统和计算机处理系统组成。实验中,采用的晶体为硅酸钇镥(LYSO)闪烁晶体,其像素分别是2.0×2.0×10 mm~3、1.6×1.6×10 mm~3和1.3×1.3×10 mm~3,尺寸分别为10×10、10×10和18×18。基于像素尺寸为2.0 mm和1.6 mm的10×10LYSO阵列晶体探测器和位置灵敏光电倍增管(PS_PMT)通过硅胶耦合组成,像素尺寸为1.3 mm的18×18 LYSO阵列晶体,连接锥形光导后与光电倍增管耦合。实验有两套数据获取系统,分别为NI_32路非同步PCIe_6361采集卡和8路同步ART_PXI_8501采集卡,前者最大采样频率为500 kHz,后者最高能达到1MHz。基于PCI数据获取系统,由于不能同步采样,故对采样波形进行拟合重构后取峰值。本文在基于自主搭建的高分辨率小动物实验平台上进行实验研究,测试三种像素尺寸PET探测器的2-D位置图、单个晶体区分度、能量分辨率、晶体查找表等。分别利用PCI和PXI数据获取系统,在采样频率为500 kHz下,对比了同步和不同步采样对PET探测器晶体2-D位置图的影响。在PXI数据获取系统采样频率1 MHz条件下,获得最佳的PET探测器晶体2-D位置图。实验显示,像素为2.0 mm、1.6 mm和1.3 mm的PET探测器,利用PCI数据获取系统,单个晶体条的位置区分度分别达到0.62 mm、0.54 mm和0.29 mm FWHM;利用PXI数据获取系统,单个晶体条的位置区分度分别达到0.46 mm、0.32 mm和0.21mm FWHM;实验测得三种像素尺寸PET探测器的能量分辨率分别能达到16.8%±1.76%、20.1%±2.24%和31.5%±3.76%。论文还初步研究了双探头符合断层成像,利用转台旋转,使用三种像素尺寸的PET探测器对0.37 MBq Na-22面源进行了图像重建。该研究验证了实验室自主建设的小动物PET系统能够实现亚毫米级PET图像获取,为首台PET系统样机组装提供了支撑。
【图文】：

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图 1.1 SPECT 成像的结构图电子发射计算机断层成像（PET）技术T（Positron Emission Tomography PET）属于功能成像，解决了平面显，所以在很大程度上让核医学及分子影像学等得到了近一步的发展PET 成像技术能够准确给出病变位置和病变的相关信息，，具有较高特异性的特点。除此之外，在人体器官功能水平的检查与研究方面，PET 成当前的首选仪器。同时，PET 成像技术对人体生理变化方面的研究也能大的帮助。在现代医学检测设备中，PET 也是仅有的能够提供神经活动学仪器。因此，在医疗检测诊断设备中，PET 成像技术已经成为首选，症的早期诊断[24,25]。小节主要从 PET 的历史与发展、技术原理及 PET 用探测器晶体几个方绍。

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作[26-29]。第一台专用于实验研究小动物 PET，是由英美两国科学家合作开发研究的的 RAT-PET 显像系统。在探测器晶体部分，摒弃了 NaI 晶体，用 BGO 闪烁体晶体进行代替。在数据获取系统方面，也摒弃了二维采集模式，而是采用了更加先进的三维数据采集模式。在过去三十年里，我国的科研工作者也投入了大量人力物力从事 PET 研究、设计和生产工作，包括中国科学院高能物理研究所、浙江大学、近代物理研究所、清华大学、北京大学、中国科技大学、华中科技大学、兰州大学等研究机构和高等院校以及众多 PET 医学影像科技公司。当前，PET 又有了新的发展趋势，就是将 PET 与其他技术进行融合。现在医用 PET 的位置分辨率可以达到 3-4 mm，临床 CT 的空间分辨率可以达到几百微米。由于 PET 面临定位缺陷，CT 面临着功能性成成像缺陷，所以在临床上有人将 PET 和 CT 进行融合，使其兼有解剖结构成像和功能成像的优点。在现代医学检测设备中，PET-CT 已经成为医疗检查和诊断的主流配置。图 1-2 为 PET 和CT 的扫描图像与经过融合后的 PET-CT 图像的比较。从 PET 的图像上发现的肿瘤，再经过 CT 定位后，PET-CT 图像就可以非常清晰的定位肿瘤的具体位置。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77

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