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硅光电倍增器件(SiPM)的自动增益校正 被引量:13
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作者 范鹏 许天鹏 +2 位作者 王石 刘亚强 马天予 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期4-7,共4页
硅光电倍增器件(SiPM)是近年来逐渐兴起的一种用于PET(Positron Emission Tomography)的光电探测器件。与传统的光电倍增管(PMT)相比,它有着尺寸小、工作电压低、对磁场不敏感等优点,但其缺点是增益对环境温度敏感。在PET探测器的研发中... 硅光电倍增器件(SiPM)是近年来逐渐兴起的一种用于PET(Positron Emission Tomography)的光电探测器件。与传统的光电倍增管(PMT)相比,它有着尺寸小、工作电压低、对磁场不敏感等优点,但其缺点是增益对环境温度敏感。在PET探测器的研发中,为了改善温度变化引起的增益漂移,设计了一个SiPM的增益校正系统。该系统通过测量环境温度对SiPM的偏置电压实时调节,从而保证其增益的相对稳定。最后对该系统对温度变化引起的SiPM增益漂移的抑制能力做了定量评估。采用增益校正系统后,在相似的温度变化范围内,SiPM的最大增益漂移由校正前的79.67%减小到11.03%。该结果显示此系统对温度变化引起的SiPM增益漂移具有良好的抑制能力。该系统能够补偿因温度变化引起的SiPM增益漂移,从而提高基于SiPM阵列探测器模块的PET系统的稳定性。 展开更多
关键词 硅光电倍增器件 增益漂移校正 精密电压控制
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硅光电倍增探测器温度特性分析与实验 被引量:10
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作者 戴泽 全林 +2 位作者 程晓磊 张艳 王鲲鹏 《飞行器测控学报》 CSCD 2015年第3期298-302,共5页
SiPM(Silicon Photo-multiplier,硅光电倍增探测器)是近年来逐渐兴起的一种用于光探测领域的光电探测器件。与传统的PMT(Photo-multiplier tube,光电倍增管)相比,它有着尺寸小、工作电压低、几乎不受磁场影响等优点,但其缺点是对环境温... SiPM(Silicon Photo-multiplier,硅光电倍增探测器)是近年来逐渐兴起的一种用于光探测领域的光电探测器件。与传统的PMT(Photo-multiplier tube,光电倍增管)相比,它有着尺寸小、工作电压低、几乎不受磁场影响等优点,但其缺点是对环境温度变化较敏感。为了掌握SiPM性能指标随环境温度的变化规律,搭建了SiPM温度特性实验系统,通过改变环境温度来实时测量记录SiPM的雪崩临界电压和增益,从而定量得出SiPM的温度特性,并通过理论计算对实验数据进行分析。结果表明,当环境温度降低时,SiPM的雪崩临界电压随之线性下降,增益随之线性增大。 展开更多
关键词 光电探测 硅光电倍增探测器(sipm) 雪崩临界电压 增益 温度特性
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SiPM阵列电子特性建模和三维测深仪前端电子学优化 被引量:7
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作者 聂瑞杰 徐智勇 +2 位作者 张启衡 王华闯 程华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1661-1668,共8页
从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发,分析了SiPM的电子特性,提出了SiPM前端电子学最优设计方案。阐述了SiPM的工作机理,给出了SiPM的电子行为模型,分析了SiPM应用于水下三维测深的优势。根据水下测深信号的回波... 从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发,分析了SiPM的电子特性,提出了SiPM前端电子学最优设计方案。阐述了SiPM的工作机理,给出了SiPM的电子行为模型,分析了SiPM应用于水下三维测深的优势。根据水下测深信号的回波特性,设计了高速、高带宽的前置放大器,并对前置放大器进行了交流分析和瞬态分析。结果表明,该前置放大电路在带宽内具有很高的增益平坦度,相位裕度大于60°,基本保证了信号的完整性,同时保持了激光脉冲的波形。分析和测试结果表明,该探测器和电路设计方案完全能够满足水下三维测深的需要。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 微等离子体 电子行为模型 三维测深仪 前置放大电路 最优设计
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针对SiPM探测器的多通道读出电子学设计 被引量:7
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作者 韩晓雪 曾鸣 +2 位作者 龚光华 程建平 邵贝贝 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期695-699,718,共6页
硅光电倍增管(SiPM)由于其高增益、高时间分辨、低工作电压、磁场不敏感等优点,在高能物理、医学物理等领域具有广泛的应用前景。该文设计的系统包含前端电子学和数据采集系统两部分:前端电子学板结合商用专用集成电路(ASIC)(VAT... 硅光电倍增管(SiPM)由于其高增益、高时间分辨、低工作电压、磁场不敏感等优点,在高能物理、医学物理等领域具有广泛的应用前景。该文设计的系统包含前端电子学和数据采集系统两部分:前端电子学板结合商用专用集成电路(ASIC)(VATA64)与复杂可编程逻辑器件(CPLD),能够同时读出64通道的SiPM,板上同时集成了稳定探测器增益的温度补偿电路和标定增益的发光二极管(LED)驱动电路;数据采集系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,可以同时读出8块前端电子学板,并为SiPM提供编程可控的工作电压(40-100V)。该系统已经应用于由瑞士、德国、美国和中国合作的正负电子气球谱仪(PEBS)实验的电磁量能器原型设计,并在欧洲核子中心(CERN)束线实验取得了良好的结果。该高密度多通道SiPM电子学读出系统可以逐通道调节探测器偏压,调节精度达4mV,调节后各通道增益的差异可小于2%。该系统对于其他SiPM在新型粒子径迹室或量能器的应用具备借鉴意义。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 读出电子学 多通道
原文传递
硅光电倍增管偏置补偿电源电路的设计分析
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作者 葛莉 刘金莲 李昌 《通信电源技术》 2024年第6期10-12,共3页
硅光电倍增管是一种先进的固态光子探测技术,继承了传统光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)的高性能特征,并以其独特的架构集成了大量工作在盖革模式下的SPAD,具有显著优势。硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)的工作击穿... 硅光电倍增管是一种先进的固态光子探测技术,继承了传统光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)的高性能特征,并以其独特的架构集成了大量工作在盖革模式下的SPAD,具有显著优势。硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)的工作击穿电压会随着温度变化而出现漂移现象,影响内部增益的稳定性,并对图像重建精度和能量分辨率等关键性能指标产生不利影响。基于此,研发了一种能够实时适应环境温度变化的动态补偿电路,实现对SiPM的偏置电压精密调控,有效抑制因温度导致的增益漂移效应,使SiPM器件在不同温度条件下均能保持偏置电压稳定。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 偏置补偿电源 动态补偿电路
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SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究 被引量:6
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作者 陈忠祥 武晓东 +2 位作者 吴云良 王策 裴智果 《光学仪器》 2014年第6期476-480,485,共6页
为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益... 为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益条件下,SIPM对不同光信号的响应特性。结果表明:SIPM在积分工作模式下,其增益可以达到104以上,并随着偏置电压的增加而指数增长;其信噪比也随着电压的增加而增加,在光强比较微弱的情况下,SIPM对光强是线性响应的。所设计的系统可以在一定程度上替代光电倍增管进行微弱脉冲光信号的测量。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 多像素光子计数器(MPPC) 微弱光检测
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大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器 被引量:6
7
作者 刘红敏 龙金燕 +4 位作者 代雷 张鑫淦 梁琨 杨茹 韩德俊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期535-541,共7页
外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7... 外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7μm的EQR SiPM,有源区面积均是1 mm×1 mm。通过改变EQR SiPM的微单元尺寸优化填充因子,有效提高了探测效率与增益;其微单元密度分别是4400个/mm 2和23200个/mm 2,依然保持着较大的动态范围。室温条件下(20℃),工作在5 V过偏压的EQR SiPM至少可分辨13个光电子;15μm和7μm EQR SiPM的增益分别为5.1×105和1.1×105,在400 nm波长下的峰值光探测效率分别达到40%和34%。 展开更多
关键词 硅光电倍增器 外延淬灭电阻 单光子 高探测效率 高增益 大动态范围
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基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统 被引量:3
8
作者 刘刚 贾宏志 涂建坤 《光学仪器》 2019年第4期69-73,共5页
为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流?电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结... 为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流?电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结果显示,偏压对SiPM的输出有很大影响,不同偏压下,SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外,该系统对25 pW到1.75μW的光信号都有响应,能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 弱光探测 自动偏压控制 大范围响应
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硅光电信增管探测器温度补偿电源设计 被引量:3
9
作者 张猛超 李东仓 +2 位作者 徐小恒 张鹏鹏 杨磊 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2019年第6期781-785,共5页
本课题利用硅光电信增管(SiPM)的增益与电压成正相关特性,设计了具有温度补偿特性的SiPM探测器偏置电源,并进行了实验测试。测试结果表明:在恒温箱内不同温度下的137Cs全能峰测量,加入温度补偿后,137Cs全能峰的峰位道址变化从31.9%变减... 本课题利用硅光电信增管(SiPM)的增益与电压成正相关特性,设计了具有温度补偿特性的SiPM探测器偏置电源,并进行了实验测试。测试结果表明:在恒温箱内不同温度下的137Cs全能峰测量,加入温度补偿后,137Cs全能峰的峰位道址变化从31.9%变减小为1.3%,表明SiPM的增益具有良好的温度稳定性。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(sipm) 热敏电阻 温度补偿
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基于蛇形光路的PET探测器作用深度提取方法 被引量:2
10
作者 魏清阳 戴甜甜 +1 位作者 谷宇 李向东 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期62-68,共7页
为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对... 为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对一耦合、蛇形光路的设计和单端Anger加权读出方法进行DOI解码.基于GATE软件进行蒙特卡罗模拟,建立8×1的LSO晶体阵列(单根晶体尺寸3.1×3.1×20mm3);模拟泛场照射获取位置查找表;并进行不同深度的模拟,获得各晶体在各深度的空间分辨率.结果显示所模拟的探测器模块DOI分辨率在1.0~6.7mm之间,平均值为3.2mm.本文提出的基于蛇形光路的PET探测器方案能在维持系统成本和复杂度的前提下实现DOI解码,提升PET系统的成像性能. 展开更多
关键词 正电子发射断层成像(PET) 硅光电倍增管 作用深度(DOI) 分光技术 蛇形光路
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基于SIPM的旋光色散波长测量方法 被引量:1
11
作者 沈新荣 贾宏志 +3 位作者 杨曦靓 刘刚 姜士昕 涂建坤 《光学仪器》 2018年第3期17-21,共5页
提出了一种利用旋光色散进行波长测量的方法。采用高灵敏度的硅光电倍增管(SIPM)探测线偏振光通过旋光物质和无旋光物质时的输出光强随步进电机旋转而发生的变化,由此测出旋光物质的比旋光度,从而根据比旋光度的色散特征方程求出对应光... 提出了一种利用旋光色散进行波长测量的方法。采用高灵敏度的硅光电倍增管(SIPM)探测线偏振光通过旋光物质和无旋光物质时的输出光强随步进电机旋转而发生的变化,由此测出旋光物质的比旋光度,从而根据比旋光度的色散特征方程求出对应光源波长。大量实验证明,该波长测量装置的精度为1nm,标准差为0.06nm,该波长检测方法具有良好的可行性与稳定性,并且该测量装置具有结构简单、易于调节等特点。 展开更多
关键词 旋光色散 波长检测 硅光电倍增管(sipm)
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基于BGO与SiPM耦合的平板乳腺PET扫描仪研制
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作者 陈艳华 谢靓 +5 位作者 杨勇 袁夏冰 侯立群 李轶 赵永界 王元吉 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期754-758,共5页
设计一种专用于乳腺癌早期检查的高分辨率、高灵敏度、低成本的平板乳腺PET扫描仪。这种PET扫描仪采用带有弧度的平板探测器结构,将BGO(Bi_4Ge_3O_2)晶体与新型光电探测器件硅光电倍增管(SiPM)耦合。Si PM具有探测效率高、工作电压小等... 设计一种专用于乳腺癌早期检查的高分辨率、高灵敏度、低成本的平板乳腺PET扫描仪。这种PET扫描仪采用带有弧度的平板探测器结构,将BGO(Bi_4Ge_3O_2)晶体与新型光电探测器件硅光电倍增管(SiPM)耦合。Si PM具有探测效率高、工作电压小等优点。探测器面积为180 mm×120 mm,平板探测器间距为160 mm;电子学部分采用模块化设计,能够有效地采集到数据。样机实验结果表明,可实现优于3.0 mm的空间分辨率、2.5%的高灵敏度的图像质量;仪器其他各参数的测试实验表明,该仪器的各个指标和性能稳定,安全可靠;动物实验表明,该仪器能较好地实现对肿瘤组织(10mm)血流代谢成像。 展开更多
关键词 乳腺癌早期检查 平板探测器 BGO晶体 sipm
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采用SiPM探测三硝基甲苯的时间分辨拉曼光谱
13
作者 张春玲 王凯君 庞庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期273-277,共5页
硅光电倍增器(SiPM)是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器,有望取代传统的光电倍增器(PMT)用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及Si PM的高暗计数率的缺陷,建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三... 硅光电倍增器(SiPM)是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器,有望取代传统的光电倍增器(PMT)用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及Si PM的高暗计数率的缺陷,建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三硝基甲苯(TNT)为样品,重点研究了其拉曼峰的峰本比(PBR)随选通时间的变化规律。结果表明:随着选通时间增大,拉曼峰的PBR呈现先增大后减小的趋势,最后变化缓慢。当选通时间为400 ps时,该方法所测得拉曼峰的PBR要优于商业拉曼谱仪和参考文献[12]采用的门控方法的结果,并且此时系统所记录的Si PM暗计数水平与PMT相当。该方法在很大程度上实现了对样品荧光和Si PM高暗计数率的抑制,显著提高了拉曼谱的PBR。 展开更多
关键词 时间分辨拉曼光谱 硅光电倍增器 峰本比 三硝基甲苯
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缪子探测器位置灵敏读出电子学系统研制
14
作者 黄明 张镇 +1 位作者 张家赫 杨富华 《工业技术创新》 2022年第6期87-96,共10页
缪子探测具有探测范围广、适用领域宽等优势,但野外探测等需求对其小型化、低功耗、扩展性等提出了挑战。以硅光电倍增管(SiPM)和闪烁体为主要元器件,研制一套缪子探测器的核心系统——位置灵敏读出电子学系统。开展系统整体结构设计,... 缪子探测具有探测范围广、适用领域宽等优势,但野外探测等需求对其小型化、低功耗、扩展性等提出了挑战。以硅光电倍增管(SiPM)和闪烁体为主要元器件,研制一套缪子探测器的核心系统——位置灵敏读出电子学系统。开展系统整体结构设计,将系统划分为前端采集板、数据处理板、主控板以及电源板。数据处理板在系统功能逻辑处理中起到核心作用,通过降噪、校时、温度读取、温度电压转换、数据成帧、数据发送等模块化、流程化设计,实现信号数字化甄别、稳压补偿、数据上报等功能。经实测,该系统实现了双层共400路通道信号数据稳定读出,温度电压曲线图的温度系数为0.021,与SiPM偏压随温度变化的规定值0.0215 V/相差不大,较好实现了环境温度补偿。系统实现了小型化、易扩展性、实用性强等需求,为缪子探测任务提供了一种灵活的解决方案。 展开更多
关键词 缪子探测器 位置灵敏读出电子学 硅光电倍增管(sipm) 温度电压转换 环境温度补偿
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A novel compact Tokamak Hard X-ray diagnostic detector
15
作者 曹靖 蒋春雨 +2 位作者 赵艳凤 杨青巍 阴泽杰 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2015年第6期85-89,共5页
A compact X-ray detector based on the lutetium yttrium oxyorthosilicate scintillator(LYSO) and silicon photomultiplier(Si PM) has been designed and fabricated for the hard X-ray diagnosis on the HL_2A and HL_2M Tokama... A compact X-ray detector based on the lutetium yttrium oxyorthosilicate scintillator(LYSO) and silicon photomultiplier(Si PM) has been designed and fabricated for the hard X-ray diagnosis on the HL_2A and HL_2M Tokamak devices. The LYSO scintillator and Si PM in small dimensions were combined in a heat shrink tube package, making the detector compact and integrative. The Monte Carlo particle transport simulation tool,Geant4, was utilized for the design of the detector for the hard X-ray from 10 keV to 200 keV and the best structure scheme was presented. Finally, the detector was used to measure the photon spectrum of a ^(137)Cs gamma source with a pre-amplifier and a multichannel amplitude analyzer. The measured spectrum is consistent with the theoretic spectrum, it has shown that the energy resolution of the detector is less than 14.8% at an energy of 662 keV. 展开更多
关键词 X射线探测器 托卡马克装置 紧凑型 诊断仪 能量分辨率 GEANT4 光电倍增管 X射线诊断
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硅光电倍增管(SiPM)适配电路设计 被引量:6
16
作者 桑涛 郝晓剑 张根甫 《光电技术应用》 2015年第4期46-50,共5页
硅光电倍增管(Si PM)是一种新型的光电探测器件,具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点。研究并设计了硅光电倍增管(Si PM)的适配电路,包括电源电路及跨阻放大电路。应用仿真软件对设计的电路进行仿真,并对... 硅光电倍增管(Si PM)是一种新型的光电探测器件,具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点。研究并设计了硅光电倍增管(Si PM)的适配电路,包括电源电路及跨阻放大电路。应用仿真软件对设计的电路进行仿真,并对电路的结构参数进行了优化。最后,制作了适配电路。测试结果表明,该适配电路对频率100 k Hz的光信号有较好的输出响应,输出幅值达到伏级,满足设计要求。 展开更多
关键词 硅光电倍增管(Si PM) 光电探测 适配电路 电路设计
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MRI磁场对小动物PET空间分辨率影响的仿真研究 被引量:2
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作者 徐桓 胡红波 +2 位作者 鲁家豪 孟奥 赵庆军 《中国医学装备》 2018年第7期40-44,共5页
目的:研究不同强度的磁场对正电子自由程以及小动物正电子发射断层成像(PET)的空间分辨率的影响。方法:利用蒙特卡罗工具GATE软件建立磁兼容的小动物PET仿真模型,对放射性核素18F、11C、13N、15O及22Na在人体中水、肺、骨不同物质的正... 目的:研究不同强度的磁场对正电子自由程以及小动物正电子发射断层成像(PET)的空间分辨率的影响。方法:利用蒙特卡罗工具GATE软件建立磁兼容的小动物PET仿真模型,对放射性核素18F、11C、13N、15O及22Na在人体中水、肺、骨不同物质的正电子自由程进行仿真,并依据美国电气制造商协会(NEMA)NU4-2008标准要求对PET空间分辨率进行测量,分析磁场对自由程和空间分辨率的影响。结果:磁场对不同核素正电子自由程和空间分辨率的影响不同,对于18F和22Na等低能核素,9.4 T场强下自由程则分别减少24.5%和20.9%,但空间分辨率并无显著改变。对于15O和11C高能核素,自由程则分别减少61.5%和42.2%,空间分辨率也随着场强增加而提升,但在场强>7 T后基本趋于稳定。结论:小动物PET的空间分辨率在垂直磁场方向有一定提升,提升的幅度与正电子自由程和磁场强度相关。 展开更多
关键词 正电子发射断层成像 硅基光电倍增管 GATE软件 仿真 空间分辨率 磁场强度
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