核电子学0_2(2007)

高能正电子成像的定义及分类
符合探测事件的类型


单光子(single, singles) 真符合(true coincidence) 随机符合(random coincidence) 散射符合(scatter coincidence) 散射符合也是真符合，只是改变了方向
高能正电子成像的定义及分类
Pulse Processing
AND


Events occurring anywhere on line between detectors contribute coincidence counts to detector pair. Recorded counts are proportional to line integral of activity between the detectors.
.
用于晶体块设 置的数据捕获
3字节串行数据到符合处理器
. . . .
6Bit Flash ADC
晶体块 #1 位置/能量 门阵列
1 2
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
模拟ASIC 晶体块#1
串行总线到微处理器 芯片地址 3Bit
高能正电子成像的晶体和材料



锗酸铋晶体(bismuth germinate, BGO) 碘化钠晶体(NaI) 硅酸镥(lutetium oxyorthosillicate, LSO) 硅酸钇(yttrium oxyorthosillicate, YSO) 硅酸钆(gadolinium orthosillicate, GSO ) 半导体,锑锌镉(cadmium zinc telluride, CZT) 三明治晶体(sandwich YSO/LSO, 1～2cm )
Data Sorting, Histogram
PMT
Processing Electronics
Image Recon Computer
Images
正电子发射断层扫描仪
高能正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
前端模拟电子学(FEAE) 前端数字电子学(FEDE)
时间/轴向
• • Positron travels 1-3mm (depending on energy) before annihilation. • • Annihilation process conserves:

- Energy (photons are 511KeV). - Momentum (photons are almost exactly colinear).
n
511KeV ~1-3mm b+

• Simultaneous detection of two 511KeV photons --> event along line between detectors.
b511KeV
高来自百度文库正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
DET 1 Pulse Processing DET 2
高能正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
高能正电子成像的定义及分类
Projection Data Collection
DETECTOR RING PMT
Processing Electronics
Coincidence Processor
R
COINCIDENCE PROCESSING
高能正电子成像的定义及分类
正电子的湮灭辐射（Annihilation）



正电子与组织中电子结合产生湮灭辐射 湮灭辐射产生2个511KeV的γ光子 ——能量守恒 2个γ光子互成180°(±0.25°） ——动量守恒 湮灭辐射光子用符合探测法探测
高能正电子成像的定义及分类
Positron Annihilation
高能正电子成像的定义及分类
历史

正电子扫描机
单光子及符合探测，平面像 正电子伽玛照相机 正电子发射断层（PET） 分子符合探测（MCD）
1954年
1959年 1976年 1994年

高能正电子成像的定义及分类
正电子的物理特性



正电子发现于1934年 正电子带一个正电荷 正电子有一定的能量和射程 正电子只能瞬间存在 正电子由β+衰变产生 正电子与电子结合产生湮灭辐射
晶体块#0和#1
求和0,1,2,3 PMT0 PMT1 PMT2 PMT3
时间标签
时钟电 路 2ns 能 量 横 向 轴 向
7 Bit 时间
.
能量/横向
3字节串行数据到符合处理器
. . . .
6Bit Flash ADC
模拟ASIC 晶体块#0
1 2
晶体块 #0 位置/能量 门阵列
时间/轴向 能量/横向
高能正电子成像的定义及分类
511KeV γ光子的物理特性




穿透能力强 为99mTc的3.65倍, 131I的1.6倍 衰减系数： 99mTc为0.14cm-1 μ=0.096cm-1 (水) 半吸收厚度： 511KeV：7.14cm (水), 4.1 mm (铅) 140KeV：5.0 cm (水), 0.17mm (铅) 康普顿散射： 511KeV：170～341KeV 60% 140KeV：130KeV 80%
Detector 1
Detector
Detector 2
Accepts transverse events
Detector 2
Accepts transverse and caudal/cephalic events
Accepts only perpendicular events
高能正电子成像的定义及分类
下一节： 第一章 常用核探测器的输出信号
来自于#2晶体块 的3字节串行数据
8Bit 总线 （不连接）
1 2
微处理器
高压连接器/1500V/J7 EEPROM 晶体块 #2和#3 晶体块 #4和#5 晶体块 #6和#7 时钟分配电路 RS232串行接口
J15
J16
高能正电子成像的定义及分类
F-18的物理特性



衰变类型：β+衰变，电子俘获（EC） 半衰期：109.8分 主要射线：511KeV的γ光子 正电子能量：Max 633KeV,平均203KeV 符合时间：10-9秒
高能正电子成像的定义及分类
各种晶体性能的比较
性能 BGO LSO YSO GSO NaI
密度(g/cm3) 7.13 7.4 4.54 6.71 3.67 有效原子序数 74 66 34 60* 51 衰减系数(cm-1) 0.96 0.87 0.43* 0.67 0.34 衰变常数(ns) 300 40 70 65 230 光输出量(%) 15 60 120 35 100 能量分辨(%) 10 12～18 <7.5 9 7.8 注:晶体主要要求:灵敏度、最大计数率、能量分辨
《常用核电子技术 》
Nuclear Electronics
物理工程学院—赵书俊
高能正电子成像
高能正电子成像的定义及分类
高能正电子成像的定义及分类



高能正电子准直成像 High Energy Positron Collimation Imaging 正电子发射断层 Positron Emission Tomography 符合探测成像 Coincidence Detection Imaging
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
时钟和同步信号到符合处理器
串行总线到微处理器 芯片地址 3Bit 时间标签 求和0,1,2,3 PMT0 PMT1 PMT2 PMT3
8Bit总线
时钟电 路 2ns 能 量 横 向 轴 向
7 Bit 时间
3-D Detection Provides Highest Geometrical Efficiency
Lowest is Collimated
(0.3 X)
Intermediate is 2-Dimensional
(1 X)
Highest is 3-Dimensional
(5 X)
Detector 1