紧凑型SiPM探测器模块在TOF-PET/MR中的应用

"基于紧凑型SiPM的用于时间飞行PET/MRI探测器模块" 这篇文档介绍了一个专为同时进行时间飞行正电子发射断层扫描（PET）/磁共振成像（MRI）系统设计的紧凑型探测器模块。该模块在3.3cm x 3.3cm的区域内集成了64个基于硅光电倍增管（SiPM）的读出通道，以实现伽马射线的检测。模块由三层相同尺寸的印刷电路板（PCB）堆叠组成。 首先，顶部的PCB上布置有SiPM，它们通过下方第二层PCB上的两个全定制应用特定集成电路（ASICs）进行读取。第三层PCB位于堆栈底部，包含本地电压调节器、用于ASIC控制和数据处理的现场可编程门阵列（FPGA），以及用于生成读出ASICs和SiPM设备偏置电压的数模转换器（DACs）。一个LYSO闪烁体块与SiPM光学耦合，负责将伽马射线转化为光信号。 在引言中，作者指出了在MRI扫描仪内实施PET探测器系统所面临的多重挑战。系统必须足够小巧以适应扫描仪内部空间，并且能够在磁场梯度、射频注入以及MRI运行产生的振动等恶劣环境下正常工作。此外，还必须考虑如何降低对MRI图像质量的影响，以及如何实现高效的同步和时间分辨率，以进行精确的时间飞行测量，这对于PET成像至关重要。 SiPM是一种先进的光子探测器，具有高灵敏度、快速响应和良好的单光子检测能力，尤其适合在低光照条件下工作，这使得它们在PET成像中特别有用。在PET/MRI系统中，SiPM的使用有助于解决MRI环境中的电磁兼容性问题，同时提供高时间分辨率，以实现更精确的定位和定量分析。 LYSO闪烁体是常见的PET探测器材料，因其高光产额和快速荧光衰减特性而被广泛采用。当伽马射线与LYSO相互作用时，会产生大量的光子，这些光子被SiPM探测并转化为电信号，进而通过ASICs和FPGA处理，形成可用于重建图像的数据。 FPGA在模块中起着关键作用，它能够灵活地控制ASICs的工作并处理大量数据，以实现高效的数据传输和处理。DAC则用于生成所需的偏置电压，确保SiPM和ASICs在正确的阈值下工作，以获得最佳性能。 这个紧凑型SiPM探测器模块展示了在复杂医疗成像环境中集成高精度探测技术的可能性，为未来PET/MRI系统的优化设计提供了参考。其创新的设计和组件选择有助于克服现有技术限制，提升整体系统的性能和可靠性。