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朱振刚 日记

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硅光电倍增管  

2011-10-11 21:26:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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         硅光电倍增管(Silicon Multiplier)是一种新型的光电探测器件,由工作在盖革模式的雪崩二极管阵列组成,一般具有增益高10、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点。它发明于二十世纪九十年代末,广泛应用于高能物理及核医学(PET)等领域,最近几年来在核医学领域发展迅速,被广泛认为是可以取代光电倍增管的光探测器件。
  其他名称: SPM, SiPM, GAPD, MPPD
  原理: 每个硅光电倍增管由大量的(几百到几千个)雪崩二极管(APD)单元组成,每一个单元由一个APD和一个大阻值淬灭电阻串联而成,这些微元并联成一个面阵列。为硅光电倍增管加上反向偏压(一般是几十伏)后,每个微元的APD耗尽层有很高的电场,此时若外界有光子打进来,会和半导体中的电子空穴对发生康普顿散射,打出电子或空穴(这句话不精确,只为方便理解),高能的电子和空穴随即在电场中加速,打出大量的次级电子和空穴,即雪崩。此时每个微元电路中电流突然变大,在淬灭电阻R上降落的电压也变大,APD中的电场瞬间变小,即APD输出一个瞬时电流脉冲后雪崩停止,不同微元的淬灭电阻阻值相同,所以理论上讲每个微元会输出等大的脉冲。APD是模拟器件,但宏观来看每个微元都是逻辑单元,有信号输出是“1”,没有信号就是“0”。在硅光电倍增管的动态范围内,它输出电流的大小就和发生雪崩的微元数成正比。
  主要生产厂家: SensL, Hamamatsu
  在核医学领域的应用: PET是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术,现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。
  磁共振成像是一种生物磁自旋成像技术,它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影,无电离辐射,对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。
  如果PET和MR能够统一在一起共同成像,将会对各种肿瘤、乳腺癌等疾病的诊断发挥巨大的效果。一直以来,由于PET中使用的光点探测器光电倍增管(PMT)不能在MR的强磁场中工作,阻碍了PET和MR的结合。如果将PMT换为硅光电倍增管,这个问题就会迎刃而解。目前,一大批中外科学家都在积极研制基于硅光电倍增管的PET,成果指日可待。
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