Детектирование совпадений

Система детектирования, описанная выше, предназначена для регистрации некоррелллированных фотонов. Аннигилляционные фотоны, испускаемые при аннигилляции позитронов, рождаются одновременно и лежат практически на одной прямой. Поэтому, применяя детектирование совпадений с помощью противоположно расположенных детекторов, можно достаточно точно получить пространственную локализацию мест аннигиляции позитронов (рис. 2.16). Так как аннигилляционные фотоны имеют относительно высокую энергию (0,511 МэВ), то для их уверенной регистрации требуются сцинтилляторы с высоким атомным номером и плотностью. Учитывая, что таким детекторам приходится часто работать при высокой интенсивности падающего на них излучения, то весьма желательно, чтобы эти системы имели бы также малое мертвое время.

Рис. 2.16. Схема установки для детектирование совпадений

Эффективность регистрации совпадений. Для детектирования совпадений необходимо, чтобы аннигилляционные фотоны были зарегистрированы в противоположных детекторах. Так как взаимодействие фотонов в каждом детекторе являются независимыми событиями, эффективность регистрации совпадения равняется произведению эффективности детектирования в отдельных детекторах. Пусть эффективность детектирования каждого детектора равна 0,5, тогда эффективность регистрации совпадения будет равна только 0,25. Поэтому в установках для регистрации совпадений желательно иметь индивидуальные физические эффективности близкими к единице. Так как эффективность детектирования кристаллами NaI(Tl) фотонов с энергией 0,511 МэВ является умеренной, то их все чаще заменяют в подобной аппаратуре более эффективными сцинтилляторами, такими как BGO, LSO, GSO.

Скорость высвечивания сцинтиллятора. Кроме высокой эффективности к сцинтилляторам, используемым в установках для детектирования совпадений, предъявляется также требование короткого времени высвечивания сцинтилляции. Дело в том, что детекторы в таких установках не окружаются свинцовой защитой, так как пространственная локализация события производится на основе регистрации совпадений. В результате детекторы находятся в условиях высокой плотности потока падающего на них γ-излучения и для уверенного детектирования всех событий необходимо, чтобы время высвечивания сцинтилляций не являлось лимитирующим фактором.

Такие сцинтилляторы, как NaI(Tl) и BGO принадлежат к медленным сцинтилляторам с временем высвечивания больше 200 нс. У сцинтилляторов LSO и GSO время высвечивания значительно короче (меньше 60 нс), поэтому они способны работать при существенно больших скоростях счета.

Для уменьшения числа случайных совпадений, когда одновременно регистрируемые фотоны не являются результатом аннигиляции одного и того же позитрона, желательно работать с небольшим временным окном совпадений. Величина этого параметра у кристаллов NaI(Tl) и BGO находится в интервале 10 – 15 нс, в то время как у LSO и GSO этот интервал равен 5 – 8 нс. В результате по совокупности свойств применение кристаллов LSO и GSO позволяет значительно уменьшить вклад ложных событий совпадений.

Время пролета. Рассмотренные выше лимитирующие свойства сцинтилляторов позволяли до последнего времени производить ПЭТ сканеры с неопределенностью в фиксации времени совпадений событий в пределах от 5 до 15 нс. При таком временном разрешении, используя метод измерения времени пролета, невозможно получить полезную информацию о локализации положения источника между детекторами. Причина в том, что скорость движения фотонов 30 см/нс, поэтому подобная временная неопределенность приводит к пространственной неопределенности больше, чем 150 см. Применение более быстрых сцинтилляторов и специальной электроники позволяет уменьшить окно детектирования совпадений до нескольких сотен пикосекунд (в последнее время ширину окна удалось еще больше сократить). На этом уровне, применяя методику измерения разности во времени попадания фотонов в два детектора, удалось уменьшить неопределенность в локализации источника до 10 см и меньше.

Использование данных о времени попадания фотонов в детектор позволяет также при ПЭТ визуализации существенно улучшить отношение сигнал/шум. Разработка новых видов более быстрых сцинтилляторов даст возможность добиться еще большего прогресса в этом направлении. К таким сцинтилляторам можно отнести бромид лантана (LaBr₃).

Дата добавления: 2015-10-24