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基于Timepix3的CdTe光谱敏感光子计数探测器在PET成像中的应用

由丹尼尔Turecek

正电子发射断层扫描PET是一种核医学功能成像技术。它被用于临床肿瘤学(肿瘤医学成像和寻找转移)和使用动物的临床前研究。PET使用少量的放射性物质(放射性示踪剂)和一个特殊的光子敏感相机。大多数相机使用带有光电倍增管的闪烁体作为探测器。然而,这些探测器有有限的能量灵敏度和大像素。散射引起的假信号是一个严重的问题。然而,科学指引介绍了两个带有2毫米厚CdTe传感器的Timepix3探测器的初步研究和评价,用于简化PET成像的几何形状。该研究是在两种样品上进行的-毛细管和圆柱形有机玻璃腔体。两个样品都充满了用作放射性示踪剂的氟脱氧葡萄糖(FDG)溶液。与传统探测器相比,Timepix3具有更好的特性——高粒度(像素间距),良好的能量分辨率(60kev时1 keV)和足够的时间分辨率(1.6 ns)。Timepix3的光谱灵敏度与符合/反符合技术可以显著降低由康普顿散射和Cd和Te内部x射线荧光引起的背景信号。

Timepix3实现的时间测量精度足以识别符合事件。Timepix3的光谱特性允许从不同类型的背景事件中分离或在某些情况下甚至重建有效信号,例如不同类型的康普顿散射、CdTe传感器的内部荧光及其组合。该特征大大减少了PET测量过程中获取的虚假信息量,大大提高了重建图像的信背景比(提高了两个数量级)。特别是在小动物成像领域,传统的基于飞行时间的背景抑制方法由于样本量小,无法达到足够的分辨率。

这项研究表明,带有CdTe传感器的Timepix3探测器在小动物PET成像中的效率显著提高。尽管本工作中的测量和重建仅在2D中进行,但相同的原理可应用于3D重建(使用多个探测器围绕测量样本)。完整的三维重建也将在未来的工作中进行评估。

此外,Timepix3数据采集系统的小巧、便携和USB3连通性具有很大的优势,可以构建一个非常小巧、便携的PET系统,用于小动物(如小鼠或其他啮齿动物)的临床前测试。

Timepix3技术在未来还可以用于患者的PET扫描仪。最大的好处是检测的高选择性,使我们能够在大的结构(手术后的癌症残余)附近看到非常小的结构。这些结构会被背景信号所掩盖。使用Timepix3的另一个好处是可能会减少剂量,但还需要进一步的研究。

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