基于介电层状 MCP 表面电子产生的低剂量 TOF-PET

我们展示了基于 511 keV 伽马射线通过光电效应与康普顿效应直接表面产生[1]高能电子（从而消除 PET 扫描仪中的闪烁体与光电探测器子系统）的全身低剂量飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）模拟。在文献[1]中，我们描述了由含铅或钨等重核的薄介电层（LMCP$^{\rm{TM}}$）构成的微通道板（MCP）。层状表面经微图形化形成通道，并可功能化以支持常规 MCP 式的二次电子发射。我们利用对基于 TOPAS Geant4 工具包的修改模拟了直接转换。一块 20 $\times$ 20 $\times$ 2.54 cm$^3$、由 150 微米厚铅玻璃层构成的 LMCP，预计对穿透孔内壁的一次电子具有 $\ge 30$% 的转换效率。随后的二次电子簇射基本限制于单个孔内，可提供高空间与时间分辨率。在全身 PET 扫描仪中，该技术消除了闪烁体与光电探测器子系统。随之而来的无光电阴极使得可在大气压下组装大阵列且真空要求较宽松，包括使用抽运与循环系统。本文给出 Derenzo 与 XCAT-brain 体模的 TOPAS 模拟，剂量较文献基准分别降低 100 与 1000 倍。显著降低辐射剂量的 PET 新应用包括：用于早期病变检测的常规筛查、在既往未覆盖患者群体（如儿童）中的诊断应用，以及在农村与服务不足人群中更广的设施部署，其中更简单的伽马探测器与更低辐射剂量可促成小型低成本便携 PET 扫描仪。