小型符合影像探测系统的研制及其应用研究

随着中科院近代物理研究所重离子束治癌技术和浅层治疗应用基础研究的不断开展，对束流入射深度分布的影像测试研究成为了重要的研究课题。本论文基于此背景，成功研制了小型符合影像探测系统，并进行了深入的影像测试应用研究。符合影像探测的基本原理为通过符合探测系统对正电子放射性核素引起的正负电子湮灭辐射进行符合测量，并利用相应的影像重建方法就可以得到影像体的影像结果。研制的符合影像探测系统由两个探测单元组成，单元的核心探测器件为具有64个通道的位置灵敏平板型光电倍增管H8500，其前端与性能优良的BGO闪烁晶体阵列耦合，输出信号采用电阻网络简化读出。通过比较蒙特卡罗模拟结果和实际测试结果，优化设计了符合探测单元，主要确定了闪烁晶体单元的大小和组成阵列的构形：探测阵列由19X19块晶体单元组成，每块晶体单元大小为2X2X10mm3，间距为0.3mm的Tefon薄膜隔离。基于这种单元构形，探测单元的本征位置分辨约为：1.37mm(FWHM)，组成的符合影像探测系统空间位置分辨约为（对22Na源）：1.87mm(FWHM)。上述指标接近于小型符合探测系统最佳本征和空间位置分辨。符合影像探测系统分别在22Na 正电子发射源和12C束流入射有机靶不同条件下进行测试研究。采用中心焦平面影像原理进行数据的影像重建，得到了符合探测系统的空间位置分辨能力、最大计数率和靶内深度分布的影像测试结果。分析束流入射PMMA靶60秒后的测量数据，成功分离了靶内10C、11C 和15O 三种主要正电子放射性核素产物，对不同产物的深度分布与测试布拉格峰位进行了比较，得到了一种如何实现浅层治疗在线监测的研究方法。实验研究结果表明，研制的这一套2D符合影像探测系统具有高的空间位置分辨率、较大的探测视野(约50X50mm3)和较好的影像能力。12C束流入射有机靶的影像测试研究结果表明，该方法和该探测系统可以应用于重离子浅层治疗，可以在治疗过程中实现快速地、准确地对布拉格峰位进行监测