用于强磁场的位置灵敏型探测器技术研究

针对强磁场下射线成像的应用需求，对基于硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）的位置灵敏探测器技术进行研究。研究基于SiPM的探测器在不同条件下的计数能力、时间响应能力、能量分辨能力、位置分辨能力等基本性能，设计研制结构紧凑、可在强磁场下工作的、固有位置分辨率优于2.0mm、时间分辨率优于3ns的位置灵敏型探测器及其前端电子学，并在核磁共振仪的强磁场内测试双探头符合成像效果，使其综合性能达到PET-MRI双模态成像的要求，并且能够应用于空间探测、高能物理、公共安全等领域。

本项目针对PET-MRI双模成像系统等强磁场下射线成像的应用需求，研究了硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）在不同条件下的计数能力、时间响应能力、能量分辨能力、位置分辨能力等基本性能。研究结果表明，配合专门设计的读出电路，SiPMR的脉冲恢复时间约100ns，计数能力可达百万cps以上；其增益达到百万倍以上，增益均匀性优于80%；能量线性与单位面积内的微像素数相关，当微像素数为35um时，在30keV-1.33MeV范围内线性良好；单通道SiPM耦合LYSO晶体条能量分辨率可优于10%；研究总结了在-35℃-+50℃范围内SiPM雪崩电压随温度变化规律，便于探测器增益补偿。在此基础上，研制了基于SiPM的位置灵敏型探测器，每个探测器的闪烁体阵列像素数为13×13，单个探测器的面积达到26mm×26mm，测试得到本征位置分辨率为1.5mm，双探测器符合时间分辨率为2.6ns。所研制的探测器经测试可在9.4T磁场下工作，性能无明显变化，且结构紧凑，面积可根据需求设计，位置分辨和时间分辨率具有进一步提高的空间。使用所研制的SiPM位置灵敏型探测器组建了双模块成像实验平台，成功进行了Na-22点源、Ge-68线源以及FDG phantom符合成像，结合3DOSEM算法，实现了图像重建，达到了PET扫描仪等射线成像系统的应用需求，为新一代射线成像系统的研究和研制提供了关键数据和核心部件。