正电子发射断层扫描中用于测量伽马射线偏振的探测器模块的优化

在正电子发射断层扫描（PET）中探测 $\gamma$ 射线偏振迄今仍是一项未被利用的特性，可用作改善该成像方式中信号本底比的额外手段。$\gamma$ 偏振与康普顿散射过程中的方位角相关，因此湮灭量子的初始偏振关联转化为两个湮灭光子均经历康普顿散射事件中方位角的关联。这导致真实事件的方位角差呈调制分布，而本底事件缺乏此种调制。我们展示了一项基于闪烁体矩阵和硅光电倍增管的五种探测器构型的全面实验研究，这些构型适用于测量方位角调制。模块由 GaGG:Ce 或 LYSO:Ce 像素组成，尺寸从 1.9x1.9x20 $\mathrm{mm^3}$ 到 3x3x20 $\mathrm{mm^3}$ 不等。这些模块的显著特征是它们能在单一探测器层中通过探测反冲电子和散射伽马来重建康普顿散射，从而简化向更大系统的扩展。方位角差的角幅度调制在所有构型中均清晰可观测，范围从 $0.26\pm0.01$ 到 $0.34\pm 0.02$，取决于事件选择标准。结果表明，更细的探测器分割在实现更高调制因子方面起主导作用。