基于连续晶体的高性价比小型伽玛相机模块的设计

研究一种基于连续闪烁晶体配合位置灵敏光电倍增管(PSPMT)设计高分辨率小型伽玛相机模块的新方案。采用蒙特卡罗方法研究了压缩效应及内在空间分辨率与晶体参数的关系,进一步改进PSPMT的读出电路与定位方法,开发基于局域重心法的读出电子学电路,最后进行了成像实验测试。结果表明,基于局域重心法的读出电子学电路能够有效抑制晶体的压缩效应,晶体的空间分辨率和压缩效应都随着晶体厚度的减少而得到改善。因此,这种设计方案是可行的,其内在空间分辨率能够达到1?2mm,比采用晶体阵列有更好的性价比。

高分辨micro-SPECT成像系统针孔准直器的优化设计

为了最大限度地减少γ射线在针孔准直器上的透射和散射效应,采用蒙特卡罗方法对单光子发射计算机断层(SPECT)成像系统使用的针孔准直器进行优化。模拟计算结果与实验测试得到的系统灵敏度和空间分辨率曲线相符,达到了高分辨小动物成像的要求。

高分辨小型伽玛相机的数据采集触发电路

本文设计了一个数据采集触发电路,把伽玛相机位置读出信号的峰位检测转化为精度高的过零定时测量。该采集触发电路将输入信号全通滤波成形为一个有过零点的双极性信号,检测其过零点的位置检测峰位,产生触发脉冲,由单稳态触发器调节脉冲的脉宽和延时,用于后端数据采集系统的启动信号。实验证明:该触发电路性能稳定,对信号峰位的定时精度高,适用于高分辨小型伽玛相机的模块化开发。

碳酸酐酶Ⅸ在核医学中的研究进展

碳酸酐酶Ⅸ(Carbonic anhydrase Ⅸ,CAⅨ)是碳酸酐酶家族(Carbonic anhydrases,CAs)的异构体之一,在许多肿瘤中过量表达,是一种与肿瘤相关的跨膜糖蛋白。它催化CO2水解为碳酸氢根和氢离子,维持肿瘤细胞内的pH,酸化细胞外环境,有利于肿瘤的生长和转移。在核医学的靶向诊断和治疗中,CAⅨ成为一个抗肿瘤药物的靶向目标,也成为病人病情的一个预后因子。CAⅨ抑制剂可以作为一种诊断药物,用于肿瘤的分子影像;也可以作为一种治疗药物,阻断CAⅨ所调控的通路。利用89Zr1、11In1、24I或125I标记靶向CAⅨ的单克隆抗体或其片段进行分子影像,能精确定位CAⅨ的分布,灵敏检测CAⅨ的表达情况;利用90Y1、31I1、77Lu或186Re标记靶向CAⅨ的单克隆抗体,在放免疫治疗中可有效延迟肿瘤的生长。本文对CAⅨ及其在核医学中的研究进展进行了综述。

高分辨针孔SPECT三维图像重建的实现

采用一种新颖的查找表法来实施有序子集期望值最大化(OSEM)的针孔SPECT图像重建算法,有效地将针孔响应修正包含在查找表中,进而实现高分辨针孔SPECT的三维图像重建。标准Jaszczak模具的成像实验结果表明:该方法不但能显著减少图像重建过程的计算时间和内存占用,且能显著改善重建图像的分辨率。因此,查找表法是能够快速实现针孔SPECT OSEM图像重建算法,并能将针孔响应修正包含在查找表中以获取高分辨断层图像的有效方法。

抗CA IX单克隆抗体的^(99)Tc^m标记及其在荷瘤鼠体内显像

碳酸酐酶IX(CA IX)在多种实体肿瘤中过表达,而在相应的正常组织中没有表达或表达水平很低,是肿瘤诊断和治疗中的一个潜在靶点。利用99Tcm直接标记抗CA IX单克隆抗体(MAb),在最佳的标记条件下可以得到标记率为85%的目标产物99Tcm-MAb。此标记物在新生牛血清和PBS中稳定性良好。99Tcm-MAb通过尾静脉注入到荷HT-29肿瘤鼠进行显像,注射24 h后在肿瘤处没有看到明显的放射性浓集。注射24 h后的体内分布实验显示99Tcm-MAb在肿瘤内的摄取率较低。将125I-MAb注入到荷HT-29肿瘤鼠进行显像,注射48 h后在肿瘤处可以看到明显的放射性浓集。由于抗体在体内循环代谢速度较慢,而99Tcm的半衰期相对较短,故99Tcm标记抗CA IX单抗不适用于靶向CA IX的肿瘤显像。

2×2阵列H8500光电倍增管简化读出电路的设计

研发了基于两级电阻网络简化电路结合局域重心法定位的简化读出电子学电路,用于2×2阵列的H8500多阳极位置灵敏光电倍增管的前端位置信号读出与处理。实验结果显示:此设计方案能有效将256路读出信号简化至4路处理信号,还能较好分辨出1.2mm像素的NaI(Tl)阵列晶体,同时使探测器的成像视野达到探测器内在的灵敏范围。对各光电管单元边缘及拼接的交界区,需进行有效的光学补偿,才能较好弥补非灵敏区像素的探测性能。

高分辨小型伽玛相机位置读出电路研究

本文介绍一种新型的位置读出方法,用于开发高分辨的小型伽玛相机。该伽玛相机采用小单元的CsI(Na)晶体阵列与位置灵敏光电倍增管(PSPMT)结合的探测器。其位置读出电路的设计把常规的阻抗电荷分配法与多路单通道直接读出法的优点结合在一起,由硬件实现局域重心法(Truncated center of gravity)计算读出的位置,取得很好的效果。该伽玛相机的内在分辨率接近1mm,视野(FOV)达探测器的灵敏范围。这种新型的位置读出方法也可用于更高集成度的多阳极的位置灵敏光电倍增管的位置读出。

X射线显微CT成像的图像实时校正研究

针对我们研制的小动物活体成像的X射线显微CT系统,研究了显微CT成像的图像实时校正问题,分别对探测器固有缺陷引起的像素响应失真及锥形成像几何造成的光照不均匀进行了分析,提出了校正方案,并实现了图像实时在线校正。初步的实验结果显示,该方案有很好的校正效果,取得了满意的成像质量,能满足实时性工作需求,可以推广应用于其它类似显微CT成像的图像实时校正。

小动物X射线显微CT的MTF曲线测量

针对设计与研制的一台活体小动物X射线显微CT成像系统(Micro-CT),利用标准的细丝模具成像实验,测量该系统的调制传递函数(MTF)曲线,衡量整个系统的空间分辨率。该系统在其常规的成像条件下(X射线管电压为40kVp,曝光时间1s,几何放大倍数约2倍,探测器设置在2×2工作模式),测得系统的成像分辨率约11lp/mm(MTF为0.1)。测量结果表明,该系统的成像分辨率完全达到了100μm的设计要求,能提供高质量的小动物成像。

高性能影像处理平台构建及显微CT图像重建算法的并行实现

介绍了一种高性能的影像处理平台,该平台基于CPU-GPU异构集群,初始系统是由一台Dell Precision T7500和一台HP XW8600工作站构建而成,系统采用消息传递接口(MPI)和CUDA(Compute Unified Device Architecture)为程序并行编程和运行环境。在此平台上成功实现了X射线显微CT成像图像重建算法(FDK)的并行加速计算与处理。结果表明,GPU单机比CPU单机的平均计算速度提高近194倍,CPU-GPU集群比单独CPU集群的计算速度提高46倍,计算效率显著提高,能满足快速三维图像重建及图像结果的实时显示要求。CPU-GPU异构集群是构建高性能影像处理平台的有效途径。

一台便携式伽玛相机的数据采集系统设计

介绍了一套用于便携式小型伽玛相机成像的高性能数据采集系统。为满足其便携式移动方便的要求,该数据采集系统的设计基于通用的USB接口,采用模块化的设计与系统集成。选用多通道数据同时采集的高速USB-ADC卡(DT9836)与LabVIEW软件开发平台,实现了高分辨小型伽玛相机多通道数据的同时采集、处理、图像显示与存储等功能。测试结果表明,该数据采集系统的采集速率可达200 K/s左右,能很好满足该便携式高分辨伽玛相机系统的成像要求。

用于带电粒子鉴别的BGO探测器

报道了ＢＧＯ晶体作为带电粒子探测器的制作、测试结果，并在核物理实验中与Ｓｉ（Ａｕ）穿透型探测器一起组成ΔＥ－Ｅ探测器望远镜，对带电粒子进行了鉴别。结果表明，该探测器系统有较高的粒子鉴别能力。

13单元望远镜探测器阵列用于轻粒子小角关联测量

由穿透型Ｓｉ探测器和ＢＧＯ晶体组成的ΔＥ－Ｅ望远镜已用来探测由每核子２５ＭｅＶ的Ａｒ引起的反应中发射的轻带电粒子。用ΔＥ－Ｅ方法来鉴别反应产物。研究了ＢＧＯ晶体对各种较轻粒子的响应。一密度六角排列的１３单元ΔＥ－Ｅ（Ｓｉ－ＢＧＯ）望远镜阵列已用来测量中能重离子诱发的相干涉的轻带电粒子。

Phoswich探测器的重离子束测试

利用一套由１ｍｍ厚的ＰＩＬＯＴ－Ｕ和４０ｍｍ厚的ＮＥ１１５塑料闪烁体组成的Ｐｈｏｓｗｉｃｈ（光叠层望远镜）探测器测量了４０Ａｒ（２５ＭｅＶ／ｕ）＋１９７Ａｕ反应中出射的产物，粒子鉴别采用Ｐｈｏｓｗｉｃｈ的快慢成分方法．结果表明该方法能清楚地分辨出粒子的电荷．对Ｚ＝１的粒子，ｐ、ｄ和ｔ亦能分开．

用于中能重离子碰撞研究的三套Phoswich

本文介绍了三套由１ｍｍ的ＰＩＬＯＴＵ型快塑料闪烁体和４０ｍｍ的ＮＥ１１５慢塑料闪烁体组成的Ｐｈｏｓｗｉｃｈ。用￣（６０）Ｃｏγ射线测得探测器的时间分辨为４００ｐｓ。Ｐｈｏｓｗｉｃｈ测到的粒子能量范围也进行了计算。

多阳极位置灵敏光电倍增管位置读出电路的设计实现

多阳极位置灵敏光电倍增管(PSPMT)被广泛地用来开发高分辨的小型γ相机模块。探讨了PSPMT的位置读出电路的简化设计研究,并针对日本滨松的H8500型多阳极PSPMT,设计和开发了离散位置读出电路(DPC)和均衡电荷分配电路(SCDC)两种简化的位置读出电路,并在SCDC中加入了局域重心(TCOG)的定位方法,进一步地优化读出电路的简化设计。初步的实验测试结果表明,SCDC结合TCOG定位法,能显著地改善探测器的定位非线性及压缩效应,扩展有效的成像视野(FOV),比DPC方法的有效视野增大了约20%。

针孔SPECT成像完全三维图像重建的研究

依托自行研制的一台高分辨率小动物单光子发射型计算机体层成像系统(Micro-SPECT),开发针孔SPECT成像的完全三维图像重建技术.该研究包括:针孔SPECT成像的投影算子推导及其在Radon空间的采样特性分析;有效的系统几何参数校正方法;适用于圆轨道和螺旋轨道扫描的三维图像重建算法及定量补偿方法的实现.为验证开发的完全三维图像重建技术,进行了相应的计算机模拟成像、模具成像及小鼠成像实验,并对结果进行了讨论.计算机模拟和模具及小鼠成像实验显示:跟基于解析求逆理论的近似图像重建算法FDK相比,基于统计理论的三维迭代图像重建算法结合有效的系统响应补偿方法,能够显著地改善重建图像质量和提高系统成像分辨率;螺旋轨道扫描的针孔SPECT成像技术可以有效地克服常规圆轨道扫描成像的局限性,扩大成像系统的轴向视野,提供相对完备的锥形束投影采样空间,实现高分辨率的全身小动物SPECT成像.实验结果表明我们开发的完全三维图像重建方法与技术是切实有效的,达到了预期的目的,可以较容易地推广应用于多针孔SPECT成像的三维图像重建.

针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究

针孔单光子发射计算机断层(SPECT)成像的空间分辨率通常是根据Anger经验公式来进行估算,与实际测量存在较大偏差.本文通过对针孔成像的物理过程进行分析,提出了一个近似度更高的计算公式.利用精确的蒙特卡罗方法模拟针孔SPECT成像,采用OSEM(ordered subsets expectation maximization)算法对投影数据进行图像重建,并与模具实验进行比较,验证了理论公式的适用性.同时还讨论了体素尺寸、几何映射获取投影矩阵以及探测器尺寸与成像物体尺寸比值对断层图像空间分辨率的影响.实验结果显示,该理论公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏小约10%,而Anger经验公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏大约60%.因此,该理论公式能更好地估算针孔SPECT成像的空间分辨率,可为针孔SPECT系统的设计和使用提供有价值的参考.

25MeV／u^（40）Ar＋（197）~Au反应中相对态布居与发射温度的提取

在２５ＭｅＶ／ｕ４０Ａｒ＋１９７Ａｕ反应中，对两粒子小相对动量的关联进行了测量，由Ｐ－ｔ、α－α关联函数提取出４Ｈｅ、８Ｂｅ的相对态布居．在对影响８Ｂｅ态布居的跟随衰变作了仔细修正后得到的温度为３．５±０．８１．３ＭｅＶ；对４Ｈｅｇ．ｓ．引入３０％跟随衰变产额修正后温度为３．６±０．４ＭｅＶ．