Анализ выпуклой калибровки временных рассогласований в ПЭТ-детекторах с разделением света

ПЭТ-детекторы с хорошим временным разрешением совпадений (CTR) обеспечивают получение информации о времени пролёта, что повышает отношение сигнал/шум изображения. В фотоприёмных матрицах с регистрацией временных меток для каждого канала эти метки обычно не синхронизированы, поэтому различия в трактах прохождения сигналов вызывают временные рассогласования. Геометрия сцинтиллятора и распространение в нём сцинтилляционного света могут приводить к дополнительным рассогласованиям. Если не учитывать эти факторы, достижимое CTR ухудшается. Мы исследовали выпуклый метод калибровки времени, основанный на матричном уравнении. В этой работе метод был расширен для произвольных конфигураций с учётом различных составляющих временных рассогласований и с целью оптимизации CTR при оценке характеристик детектора. Анализировали распределение источника излучения, стабильность оценок и зависимость калибровочных данных от энергии.

Использовали схему регистрации совпадений с полумонолитным детектором из 8 пластин LYSO размером 3,9 × 31,9 × 19,0 мм каждая и детектором с покристальной связью, состоящим из 8 × 8 сегментов LYSO объёмом 3,9 × 3,9 × 19,0 мм каждый. В обоих сцинтилляторах использовали цифровые кремниевые фотоумножители dSiPM (DPC3200-22-44, Philips Digital Photon Counting), работавшие в режиме запуска по первому фотону. Калибровку также проводили только с детекторами с покристальной связью, а затем экстраполировали результаты на конфигурацию только с пластинчатым детектором.

Все анализируемые гиперпараметры существенно влияли на калибровку. Использование нескольких положений источника улучшало оценку временных рассогласований. Большое значение имели статистическая значимость калибровочной выборки и выбранное энергетическое окно. Для пары детекторов с покристальной связью CTR составляло 224 пс, тогда как для конфигурации с пластинчатым детектором оно достигало 222 пс. Это показывает, что пластинчатые детекторы могут конкурировать с сегментированной конструкцией, применяемой в клинической практике.

Это первая работа, в которой систематически изучено влияние гиперпараметров на оценку временных рассогласований и предложено расширение известного метода калибровки для произвольных структур, например объёмов сцинтиллятора. Цель. Подход. Основные результаты. Значимость.