PET探测器——晶体
晶体是PET探头的关键部件。有两个作用分别是能量转换和放大作用（影响空间分辨及能量分辨）。
目前核医学中常用的是以下两种晶体：LSO和LYSO
晶体的选择依据主要是综合考虑
01
PET成像对象是高能511keV、双光子同时探测
✦SPECT是低能、单光子探测
✦若单光子探测效率=0.8，双光子则降为0.8=0.64
✦更加关注原子序数Z、吸收系数μ
✦SPECT用的Nal晶体不可再用
02
要求符合窗、飞行时间技术TOF空间分辨率比较好
✦SPECT无符合窗、TOF需求
✦关注退光常数
✦早期PET没有飞行时间技术的情况下，BGO还可以用，目前BGO基本上已出局
03
能量分辨
✦主要关注光产额
晶体的性能
小晶体块尺寸也是影响PET性能和成本的关键因素。
✪小晶体块的薄厚（长度）影响PET的四大性能指标：灵敏度、能量分辨、时间分辨、空间分辨。
👉当小晶体块厚度增加时，入射的光子穿透小晶体块的概率就会下降，探测效率提升，灵敏度提升。但厚度的增加造成晶体中的荧光传输到光电倍增管的距离增加，使荧光被晶体散射和吸收的概率增加，导致光电脉冲能谱展宽同时在探测器的边缘成像区域造成DOI效应加重。这些现象导致时间分辨、能量分辨、边缘空间分辨下降。
✪小晶体块的面积影响空间分辨率和信噪比
👉在PET成像定位中入射光子入射到小晶块表面上任何位置均被定位到中心区域。任何位置到中心区域的距离越小（小晶体块尺寸越小），空间分辨率提升。小晶体块空间分辨率提升，导致小晶体块中的计数减少，小晶体块的计数信噪比发生下降。
小晶体的尺寸优化☝
PET探测器——光电倍增管
光电倍增管是PET探头的另一个关键部件，目前市场上PET使用的有2类。
一、真空型光电倍增管：
◆主要由光阴极、电子聚焦系统、多级倍增极和阳极组成。
◆制造工艺复杂，难微型化，批次间性能相同难，价格难降。
二、半导体型光电倍增管：
◆制造工艺简单（对现代技术言），易微型化，价格易降。
光电倍增管的选择依据主要是综合考虑
01
飞行时间技术TOF越来越成熟，目前最关注时间参数。
02
光电倍增管的性能随着时间漂移，温度变化漂移，老化，预热等都会影响到性能，目前关注稳定性。
03
批量选择关注性能的一致性。
由此可见，光电倍增管的性能是影响探头，可靠性和稳定性的关键器件。
当前PET中光电倍增管正在从“真空型”走向“半导体型”。
半导体型光电倍增管
半导体型：常用的是硅光电倍增管（SiPM），早期使用的是雪崩光电二极管（APD）；半导体型外形很薄，表面有长方形和方形，大小随意，可以做很小，也可以做很大。
真空型光电倍增管
真空型：有普通型（有圆形和方形）和位敏型，外形高大，很长，做小很难。
半导体型——硅光电倍增管（SiPM）
微单元工作原理
一个微单元是由一个二极管串联一个电阻组成，电极之间加一个反向的过电压。微单元的尺寸从十几微米到几十个微米，当晶体来的荧光光子入射此区，产生电子空穴对，在反向电压的作用下，加速运动，瞬间引起击穿效应，击穿后瞬间产生脉冲输出出去。
SiPM在一块较大的半导体上，成千上万个微单元，和晶体相连，晶体中的荧光是分散的，每一个接收到荧光的微单元，输出一个小脉冲，入射γ光子时，有许多小脉冲同时输出，小脉冲再进一步处理。
SiPM的内部结构之一
各微单元并联，形成一个输出端。微单元接收到荧光后，转变成电脉冲，电脉冲同时输出，叠加在一起，形成一个大的电脉冲输出，这种方式和真空型光电倍增管是一样的。
SiPM的内部结构之二
各微单元输出的信号相对独立，连接到一个光子计数器，所有微单元输出转变成数字，这种输出直接数字化。
SiPM主要性能参数
增益
击穿电压Vbd
过电压Vob
光子检测效率PDE
噪声
时间特性
温度特性
动态范围
时间特性
上升时间
决定时间分辨率
恢复时间
决定死时间
温度特性
对温度很敏感，温度变化，引起性能变化。
击穿电压
击穿电压相关的增益、光子检测效率、时间分辨率等都会受到影响。
结电容
随着温度变化影响时间分辨率。
噪声
暗计数
总之温度特性非常重要，影响到关键指标，同时影响PET性能的稳定性
PET探头——温度控制单元
温度对SiPM的工作电压(关联增益)等重要性能影响很大。
✪由于SiPM具有更小的尺寸和更密集的封装，并且紧接集中耗电的集成电路读出信号
✪因此探头设计中的散热和温度稳定性是一个重大问题，需要有长期稳定温度控制的冷却系统。
16个Block探测器封装在一起，组成一个探测器module。每个module共用一套冷却管，将SiPMs保持在19度的恒温。
。
探测器电子组件(DEA)包括:
❂16个Block探测器(128个mini-block)
❂TDC和ADC电路
❂共用一个温控冷却系统
探测器电子组件(DEA)包括:
❂16个Block探测器(128个mini-block)
❂TDC和ADC电路
❂共用一个温控冷却系统
SiPM带来了性能的提升但同时也可能引入了新问题，SiPM对温度的敏感所引起的噪声及性能漂移问题，在质控与日常使用中要更多关注温控系统，温控故障会即刻引起PET性能的显著变化。
真空型PMT——性能参数
◉时间特性
◉线性
◉均匀性
◉稳定性
◉暗电流
◉信噪比
◉光子检测效率PDE（取决光电阴极）
◉放大倍数（取决倍增极）
PMT——性能参数意义
◉光子检测效率PDE（入射光子被检测到的概率）决定能量分辨
◉时间特性（脉冲上升时间和恢复时间）决定时间分辨、符合窗
◉线性和均匀性影响能量分辨
◉暗电流影响信噪比
◉温度敏感性影响PET性能的稳定
◉磁场敏感性决定能否用于PET/MR
◉放大倍数影响后续电路的设计
真空PMT与SiPM主要性能比较
