基于GATE的小动物PET原型机仿真验证与性能评估

发布时间：2021-08-04 08:23

　　小动物正电子发射断层成像（PET）在药代动力学、新药研发、疗效评估等预临床研究中具有重要意义,但小动物PET的定量精度仍受限于探测器的空间分辨率与灵敏度的不足。为研发高性能的小动物专用PET探测器,提出"小孔径、大轴向跨度"的小动物PET搭建方案,并通过蒙特卡罗仿真技术,对该方案进行仿真验证与评估。该方案设计的原型机由60个晶体探测模块,分为5个连续的12边形探测环组成,其中心孔径与轴向跨度分别为102和125. 4 mm,具备高达50. 8°的光子最大接收角。采用GATE平台建立该原型机的仿真模型,并对其空间分辨率、计数性能（散射分数与等效噪声计数率）、探测灵敏度以及成像质量共4个性能进行预评估与分析。结果显示,该原型机的空间分辨率为1. 62 mm,探测灵敏度为9. 26%,散射分数为20. 8,等效噪声计数率为2,256 kcps,总体性能与西门子Inveon PET系统相近,并在探测灵敏度及等效噪声计数率性能上分别取得21. 36%以及35. 14%的提升。基于GATE平台的仿真结果表明,采用"小孔径、大轴向跨度"的设计,能显著提升小动物PET系统的探测灵敏度,有望进一步提升小... 

【文章来源】：中国生物医学工程学报. 2020,39(03)北大核心CSCD

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【部分图文】：

小动物PET前端晶体检测器

图1 小动物PET前端晶体检测器1)扫描仪几何结构定义。拟采用小孔径、大轴向视野的设计方案，搭建小动物PET扫描仪。该方案先将12个前端晶体检测器绕轴心等角度(30°)分布，组成十二边形扫描仪结构(见图1(a))。该扫描仪共计包含60个晶体检测器，分为5个连续晶体探测环，每个探测环之间间隔2.1 mm，其中心孔径与轴向视野分别为102和125.4 mm，光子最大接收角(maximum acceptance angle)达到50.8°。最后，采用PVC材料作为扫描仪的外壳，用以支撑与保护。所设计扫描仪原型机的仿真模型整体结构如图3所示。该原型机的前端检测器由晶体单元组成晶体块，包含block和crystal两层，因此采用GATE软件预定义的ECAT系统模板对原型机进行建模。

4)仿真数据的输出与处理。为与前端检测器保持一致，原型机仿真模型采用list-mode格式输出每一个入射单事件的信息，其中包括入射时间、沉积能量以及入射晶体位置编号等信息。输出的单事件数据采用300～625 keV的能窗以及3.75 ns的时间窗进行符合筛选，随后采用数据重组(rebinning)技术将三维数据进行压缩，得到二维弦图用于图像重建。1.3 性能评估参数

【参考文献】：
期刊论文
[1]高分辨率及高灵敏度小动物PET研究进展[J]. 邝忠华,李成,李兰君,胡战利,张玲,谭思晴,张健,胡启斌,王晓辉,杨永峰.  原子核物理评论. 2016(03)
[2]小动物PET的现状和研究进展[J]. 朱虹,刘继国,罗岚.  中国医疗器械信息. 2013(12)



本文编号：3321363