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Study of electrode pattern design for a CZT-based PET detector

机译：基于CZT的PET检测器的电极图案设计研究

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摘要

We are developing a 1 mm resolution small animal positron emission tomography (PET) system using 3-D positioning Cadmium Zinc Telluride (CZT) photon detectors comprising 40 mm × 40 mm × 5 mm crystals metalized with a cross-strip electrode pattern with a 1 mm anode strip pitch. We optimized the electrode pattern design for intrinsic sensitivity and spatial, energy and time resolution performance using a test detector comprising cathode and steering electrode strips of varying dimensions. The study found 3 mm and 5 mm width cathode strips locate charge-shared photon interactions near cathode strip boundaries with equal precision. 3 mm width cathode strips exhibited large time resolution variability as a function of photon interaction location between the anode and cathode planes (~26 ns to ~127.5 ns FWHM for 0.5 mm and 4.2 mm depths, respectively). 5 mm width cathode strips by contrast exhibited more stable time resolution for the same interaction locations (~34 ns to ~83 ns FWHM), provided more linear spatial positioning in the direction orthogonal to the electrode planes, and as much as 68.4% improvement in photon sensitivity over the 3 mm wide cathode strips. The results were understood by analyzing the cathode strips’ weighting functions, which indicated a stronger “small pixel” effect in the 3 mm wide cathode strips. Photon sensitivity and anode energy resolution were seen to improve with decreasing steering electrode bias from 0 V to −80 V w.r.t the anode potential. A slight improvement in energy resolution was seen for wider steering electrode strips (400 μm vs. 100 μm) for charge-shared photon interactions. Although this study successfully focused on electrode pattern features for PET performance, the results are generally applicable to semiconductor photon detectors employing cross-trip electrode patterns.
机译：我们正在使用3-D定位碲化镉锌（CZT）光子探测器开发一种分辨率为1 mm的小型动物正电子发射断层扫描（PET）系统，该探测器包括40 mm×40 mm×5 mm的晶体，并通过交叉带电极图案金属化，并具有1阳极条间距mm。我们使用包含不同尺寸的阴极和导向电极条的测试检测器优化了电极图案设计的固有灵敏度以及空间，能量和时间分辨率性能。研究发现3mm和5mm宽的阴极带以相同的精度定位在阴极带边界附近的电荷共享光子相互作用。 3 mm宽的阴极条显示出较大的时间分辨率可变性，这取决于阳极和阴极平面之间的光子相互作用位置（对于0.5 mm和4.2 mm的深度，FWHM分别为〜26 ns至〜127.5 ns）。相反，对于相同的相互作用位置（〜34 ns至〜83 ns FWHM），宽度为5 mm的阴极带表现出更稳定的时间分辨率，在垂直于电极平面的方向上提供了更多的线性空间定位，并提高了68.4％。在3毫米宽的阴极条上具有光子敏感性。通过分析阴极条的加权函数可以了解结果，这表明3 mm宽的阴极条具有更强的“小像素”效果。可见，随着转向电极偏压从0 V降低到-80 V w.r.t.阳极电位，光子灵敏度和阳极能量分辨率会提高。对于共享电荷的光子相互作用，较宽的操纵电极条（400μm对100μm）观察到能量分辨率略有改善。尽管这项研究成功地关注了PET性能的电极图案特征，但该结果通常适用于采用交叉电极图案的半导体光子探测器。

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