基于GATE的小动物PET原型机仿真验证与性能评估

小动物正电子发射断层成像(PET)在药代动力学、新药研发、疗效评估等预临床研究中具有重要意义,但小动物PET的定量精度仍受限于探测器的空间分辨率与灵敏度的不足。为研发高性能的小动物专用PET探测器,提出"小孔径、大轴向跨度"的小动物PET搭建方案,并通过蒙特卡罗仿真技术,对该方案进行仿真验证与评估。该方案设计的原型机由60个晶体探测模块,分为5个连续的12边形探测环组成,其中心孔径与轴向跨度分别为102和125.4 mm,具备高达50.8°的光子最大接收角。采用GATE平台建立该原型机的仿真模型,并对其空间分辨率、计数性能(散射分数与等效噪声计数率)、探测灵敏度以及成像质量共4个性能进行预评估与分析。结果显示,该原型机的空间分辨率为1.62 mm,探测灵敏度为9.26%,散射分数为20.8,等效噪声计数率为2,256 kcps,总体性能与西门子Inveon PET系统相近,并在探测灵敏度及等效噪声计数率性能上分别取得21.36%以及35.14%的提升。基于GATE平台的仿真结果表明,采用"小孔径、大轴向跨度"的设计,能显著提升小动物PET系统的探测灵敏度,有望进一步提升小动物PET应用的定量精度。