基于蒙特卡洛模拟的铅负载塑料闪烁体EJ-256的PET探测性能评估

《EJNMMI Physics》：Evaluation of a lead-loaded plastic scintillator for next-generation positron emission tomography detectors using Geant4 simulation

　　**摘要****目的**铅负载塑料闪烁体凭借其较短的荧光衰减时间、良好的可加工性和较低的生产成本，成为下一代正电子发射断层扫描（PET）探测器的有力候选材料。然而，其γ射线探测性能尚未得到全面量化。本研究评估了一种含5 wt%铅负载塑料闪烁体（EJ-256）的探测效率和能量分辨特性，并将其性能与传统聚苯乙烯（PVT）闪烁体进行了对比。**方法**使用Geant4进行蒙特卡洛模拟。将单能511 keV的γ射线（100,000个事件）照射到厚度从20 mm变化至200 mm、以5 mm为增量的闪烁体模块上。使用ROOT分析所得的吸收能量谱，以确定探测效率和模拟的511 keV光峰的半高全宽（FWHM）。为确定探测效率饱和的厚度区域，采用非参数Kruskal–Wallis检验对连续厚度组进行分析，以判断差异不再具有统计学显著性（p > 0.05）的临界点。**结果**EJ-256呈现出明显的511 keV光峰，而PVT仅显示宽泛的康普顿连续谱。探测效率从20 mm处的0.9%提升至200 mm处的2.9%，并在约135 mm以上趋于饱和，与Kruskal–Wallis分析结果一致。在所有厚度下，模拟的511 keV光峰宽度均保持在约10% FWHM的稳定水平。**结论**研究结果表明，EJ-256的光子吸收性能可媲美传统无机PET闪烁体，同时提供了更快的响应速度和更低的制造成本。这一综合优势表明其在未来飞行时间PET探测器模块中具有很强的应用潜力。