基于SiPM/阵列闪烁晶体的高空间分辨率放射自显影探测器设计与实现

论文摘要

放射自显影（autoradiography）是一种利用放射性核素发射的β或γ射线,通过核探测器探测,进行显影、定影等操作后形成图像的核影像实验。它能准确地测量放射性示踪剂的分布部位和数量。它是基于细胞或组织的2D切片成像,正电子宏观放射自显影的成像空间分辨率可达数百微米,能更加准确的判断示踪剂的分布部位以及活度浓度分布,也因其比动物PET高一个数量级的空间分辨率,被称为检测代谢分布的“金标准”。本研究旨在将硅光电倍增管（Silicon Photomultipliers,简称SiPM）耦合闪烁晶体探测器结构、信号复用方法、MVT数字化方法等PET探测器中前沿的技术引入到放射自显影探测器中,提升放射自显影仪器灵敏度及空间分辨率,并在研制放射自显影仪器专用探测器的同时,对无机闪烁晶体耦合光电器件的探测器模式进行进一步研究。本文中,使用新型光电转换器件—SiPM以及数字化的闪烁脉冲获取技术,对高空间分辨率放射自显影探测器进行了设计,与传统放射自显影仪器相比,阵列晶体耦合SiPM的探测器设计具有更高的灵敏度,且由于SiPM器件本身具有的高增益等特点,对于高能段γ光子具有探测优势,更适宜进行正电子放射自显影探测。本设计将基于先验信息的多阈值电压脉冲采样方法及SiPM的多路通道复用技术引入该探测器中,完成了脉冲的数字化采集方案。本文完成了基于3mm×3mm2及1mm×1mm2有效面积的SiPM探测器电子学设计,通过对探测器位置谱质量信息的评估,确定了最佳探测器电子学性能环境:环境温度5℃,SiPM电压30V,溢出率10%@1V。使用有效面积3mm×3mm2的SiPM阵列配合18×18的无机闪烁晶体阵列,完成了内在空间分辨率达到0.6mm的探测器设计,探测器级能量分辨率可达14.6%,符合时间分辨率978ps@350keV-650keV,位置谱清晰可见。在此基础上,引入了单晶体尺寸0.5mm×0.5mm的超细YSO晶体阵列,耦合1mm×1mm2的SiPM阵列,对探测器空间分辨率进行了设计,经过进一步探究后,可达到宏观放射自显影实验的空间分辨率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 放射自显影简介
•   1.2 研究背景与意义
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 研究目标和研究内容
• 2 放射自显影探测器设计
•   2.1 基于SiPM阵列的放射自显影探测器研究路线
•   2.2 放射自显影探测器关键部件
•   2.3 高分辨率放射自显影探测器模组架构
•   2.4 放射自显影探测器关键技术
• 3 放射自显影探测器实现及电子学评估方案
•   3.1 前端探测模组实现
•   3.2 探测器增益调整模块
•   3.3 探测器脉冲信息获取及数据传输
•   3.4 探测器电子学评估方案
• 4 探测器及电子学评估测试实验结果
•   4.1 电子学评估实验
•   4.2 1.2 mm晶体阵列探测器性能评估实验
• 5 总结与展望
•   5.1 全文工作总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间主要成果与奖励

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 花城

导师: 谢庆国

关键词: 放射自显影,闪烁晶体,硅光电倍增器,空间分辨率,通道复用

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,化学,仪器仪表工业

单位: 华中科技大学

分类号: O734;TH77

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004517

总页数: 68

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