位置分辨率对SIGMA探测器伽马射线成像性能影响的评估研究

《Applied Radiation and Isotopes》：Assessing the impact of position resolution on gamma-ray imaging performance of a Segmented Inverted Coaxial Germanium (SIGMA) detector

本文评估了分段倒置同轴锗探测器（SIGMA）在伽马射线康普顿成像中的应用潜力。研究通过实验（获得58.4°角分辨率）和模拟（通过优化位置分辨率将角分辨率提升57.8%至22.4°）表明，提升脉冲形状分析（PSA）技术以实现亚毫米级位置分辨率，是释放SIGMA探测器在医学诊断、核退役等领域成像潜力的关键。

　　

SIGMA设计

SIGMA探测器的设计如图1所示。其小型p型点接触（图1(b)中标为PC）通过其物理尺寸最小化了电容和电子噪声，而其倒置的位置延长了空穴在收集过程中的电荷漂移时间。这使得可以通过电荷收集时间推断出相互作用的Z轴深度。通过将此信息与外接触（图1(b)中所示）中的瞬态信号和电子收集数据相结合，特别是...

结果与讨论

图4(a)显示了使用简单背投影（SBP）模拟的位于SIGMA探测器正前方的¹³⁷Cs源（661.7 keV）的伽马射线成像结果，清晰地展示了源在成像切片中心被重建。图4(b)显示了成像切片的一个横截面，代表了锥形重叠次数的分布轮廓，以及用于量化结果质量的组合高斯-洛伦兹拟合函数。高斯函数解释了系统中的噪声，而洛伦兹函数则描述了由探测器位置分辨率决定的康普顿成像系统的固有分辨率。实验测量得到的角分辨率为58.4°（半高全宽，FWHM），而模拟结果显示，通过使用精细化的位置分辨率，角分辨率可以提高到22.4°（FWHM），改善了57.8%。这一显著的改进凸显了实现SIGMA探测器预测的亚立方毫米位置分辨率的重要性。

结论和未来工作

SIGMA项目的下一步重点是开发能够获取探测器中相互作用位置分辨率的脉冲形状分析（PSA）算法。目前的PSA算法是一个简单的概念验证方法（Alharbi, 2024），其原理是识别电荷收集中的一个拐点，并将拐点前和拐点后的信号区域分离为独立的相互作用。然而，这项工作清楚地表明，提高算法确定相互作用位置的精度可以显著提升成像性能。未来的研究将集中于开发更复杂的PSA算法，以充分利用SIGMA探测器独特的电极配置和延长的电荷漂移路径所提供的信号复杂性，从而实现其预测的卓越位置分辨率。