报告人：张红帆 周荣 魏凌峰 丁长骥 张京隆 王忠海 韩纪峰 杨朝文 单位：四川大学 PET晶体伽马作用深度探测研究 报告人：张红帆 周荣 魏凌峰 丁长骥 张京隆 王忠海 韩纪峰 杨朝文 单位：四川大学 2019/5/31
目录 一、DOI探测简介 二、方法原理 三、光探测器像素数量的影响 四、晶体厚度的影响 2019/5/31
一、DOI探测简介 普通Anger探测器只能获得γ光子入射探测器的二维坐标，无法获得γ光子在探测器内的作用深度 缺失作用深度（Depth of intraction, DOI）信息，会造成： LOR（响应线）定位不准确 空间分辨率不均匀 图像畸变 有效视野减少 探测器成本上升
DOI探测分类 离散DOI探测器（分辨率限制） 单端输出（结构简单） 连续DOI探测器 双端输出（结构复杂）
二、方法原理 图1 光子在晶体中的扩散示意图
(1) (2) (3) (1) 非线性最小二乘拟合 x,y,z,Cest,A0
三、探测器像素数量的影响 Geant4模拟： gamma:511KeV LSO:26000./MeV Surface:unified Reflect:95% Matlab处理： 分配3×3--16×16格 计算: x,y,DOI FWHM bias（偏差） 10mm 20mm 20mm
图4 测量值分布FWHM随像素数量的变化
DOI测量值中心相对真实值的偏移随像素数量的增多而减小。
结论 此模拟条件下，只要像素个数多于6×6，即可获得较高的分辨率。继续增加探测器数量对探测结果意义不大。 探测器像素个数并非越多越好。在保证测量效果的前提下可以减少数量以降低成本及工作量。
四、晶体厚度的影响 图6 Hamamatsu S8550几何示意 图7 2×S8550组合
Geant4模拟： 晶体厚度：5,7.5,10,12.5,15,17.5,20mm 2×Hamamatsu S8550 的APD 10000个511KeV的gamma随机位置垂直入射。 Matlab处理： Nt=Nγ+N(µ,σ2),µ=0 σ= Nγ：各像素记录光子数。ENF：APD附加噪声系数。 DQE：APD量子效率。G：APD增益。ENC：前放等效噪声电荷
表1 探测效率及分辨率随晶体厚度的变化 厚度(mm) 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 探测效率（%） 33.78 46.32 56.36 64.56 71.23 77.24 81.06 峰探测效率（%） 20.16 29.36 37.28 44.25 50.22 55.79 58.84 FWHM(X)(mm) 0.74 0.98 1.00 1.51 1.64 2.38 2.95 FWHM(Y)(mm) 0.87 1.01 1.30 1.62 2.20 2.64 2.97 FWHM(Z)(mm) 1.08 2.39 2.51 2.87 3.14
（1）晶体越厚，探测效率越高。 （2）晶体越厚，分辨率越差。 FWHM：X<Y<DOI。 图8 空间分辨率随晶体厚度的变化
结论 在单端输出连续DOI测量领域中，这种通过立体角建模的非线性最小二乘法虽然能够得到较高的DOI分辨率，但受到晶体厚度的限制很大，只有在10mm以内的LSO晶体中分辨较好。 使用等厚的晶体，跟双端输出探测器性差距很大（25mm,0.8mmDOI分辨）。
优化方法 1.增加光探测器填充率（减小死区）。 2.加大增益（SiPM）。 3.选用吸收系数、光产额更大的闪烁晶体。 4.优化算法。
End！