可配置 γ 射线光子光谱仪以实现精确放射性引导肿瘤切除
图像与视频处理
2025-12-17 v1 信号处理
仪器与探测器
摘要
手术肿瘤切除旨在清除肿瘤边缘和组织表面下厘米尺度的癌细胞。手术期间，微小的病灶群难以可视化，常被留下，显著增加癌症复发风险。放射性引导手术（RGS）已显示出可通过 γ 射线发射的放射性同位素标记癌细胞以识别它们的能力，但需要 mm 级 γ 射线光谱仪在组织边缘（即取决于入射 γ 射线能量）的函数中实现高特异性定位。本文提出了一个 9.9 mm2 集成电路（IC）级 γ 光谱仪，实现 180 nm CMOS 中的单 γ 光子测量及其入射能量的亚 keV 能量分辨率。我们采用小 2 2 μm 反向偏置二极管，具有低耗尽区电容，因而对因入射 γ 光子产生的少量电荷产生毫伏级电压信号。通过测量生成电压信号在 γ 检测事件后返回 DC 的衰减时间来实现低功耗能谱方法，而非直接测量电压降。该能谱方法在三种不同的像素结构中实现，可根据放射性引导手术中广泛异构的手术和患者情况进行配置，调整像素灵敏度、能量分辨率和能量动态范围。该光谱仪使用三种常见 γ 发射同位素（64Cu、133Ba、177Lu）进行测试，能够以亚 keV 能量分辨率和 1.315 MeV 能量动态范围分辨活动下限为 1 μCi，使用 5 分钟的采集。
引用
@article{arxiv.2512.14667,
title = {Configurable {\gamma} Photon Spectrometer to Enable Precision Radioguided Tumor Resection},
author = {Rahul Lall and Youngho Seo and Ali M. Niknejad and Mekhail Anwar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.14667},
year = {2025}
}