Sub-voxel identification of gamma-ray interaction positions within a pixelated CZT detector through signal analysis
Sub-voxel identification of gamma-ray interaction positions within a pixelated CZT detector through signal analysis
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通过信号分析对像素化 CZT 探测器内的伽马射线相互作用位置进行亚体素识别
DOI：
10.1016/j.nima.2022.167639
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Rintoul E
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Rintoul E
碲化镉锌 (CZT) 探测器具有室温操作、出色的能量分辨率以及对伽马射线相互作用位置的三维灵敏度，非常适合伽马成像应用。在许多此类应用中，确定伽马相互作用的位置分辨率对于高质量成像至关重要。更精细的像素化可以提供改进的位置分辨率，但代价是制造成本增加和光谱性能下降。这项工作旨在研究和量化使用应用于数字信号的脉冲形状分析可实现的三维位置分辨率，这些数字信号是由像素化为 2× 2× 5 mm 3 体素的 CZT 探测器中的相互作用产生的。 3×3 像素簇的信号响应已被表征为使用准直 57 Co 和 137 Cs 源的伽马射线相互作用位置的函数。已经开发并应用了使用瞬态图像和电荷收集信号的简单脉冲形状分析算法，以在 122 keV 下实现优于 0.65×0.69×1.26 mm 3 的亚体素位置分辨率，在 662 keV 下实现 1.06 mm 至 5 mm 深度的亚体素位置分辨率，不考虑用于评估性能的准直光束的发散度。对发散伽马束贡献的评估对 5 毫米厚度、122 keV、290 μm 下可实现的位置分辨率设定了下限。
Cadmium zinc telluride (CZT) detectors are well suited for use in gamma-imaging applications thanks to their room-temperature operation, excellent energy resolution, and three-dimensional sensitivity to positions of gamma-ray interactions. In many of these applications, the position resolution with which gamma-interactions can be determined is crucial for high quality imaging. Finer pixelisation may provide improved position resolution but at the cost of increased fabrication cost and degradation of spectral performance. This work sets out to instead investigate and quantify the three-dimensional position resolution achievable using pulse shape analysis applied to digital signals, arising from interactions in a CZT detector pixelated into 2× 2× 5 mm 3 voxels. The signal response of a 3× 3 pixel cluster has been characterised as a function of gamma-ray interaction position using collimated 57 Co and 137 Cs sources. Simple pulse shape analysis algorithms using the transient image and charge collection signals have been developed and applied to achieve a sub-voxel position resolution of better than 0.65× 0.69× 1.26 mm 3 at 122 keV and of 1.06 mm through 5 mm depth at 662 keV, not accounting for divergence of the collimated beam used to evaluate performance. Assessment of the contribution of the diverging gamma-beam placed a lower bound on the achievable positions resolution in 5 mm thickness at 122 keV of 290 μ m.
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