新探测材料及探测模块化

（一）BGO闪烁体的发现

探测器材料是决定PET敏感性的重要因素，也是决定影像的分辨率和计数率的重要因素。20世纪的70年代中期，只有碘化钠（NaI）晶体可供选择。由于NaI易潮解的特性且难以加工制造，加之其比重低、原子量大，从而限制了PET对高能粒子——511keVγ射线的探测效率。但另一方面，NaI晶体有高额光子产率且衰减快速，可以提供较佳的时间分辨率。此后，有一种具有高密度和高原子序数的锗酸铋（BGO）晶体被人们所周知，但其在早期的PET上并没有被采用作为闪烁晶体探测材料。后来，加利福尼亚大学的Weber首先研究了BGO的发光性。1975年，Nester和Huang第一次阐明了BGO晶体的闪烁特性。

第一次对BGO晶体应用于PET进行评估的是Cho、Farukhi及Derenzo。1978年，Chris Thompson和他的研究小组在蒙特利尔神经研究所第一次应用BGO晶体作为PET探测材料。同年，EG﹠GORTEC公司生产的NeuroECAT，第一次将BGO应用于商业PET上，至此生产了约600台基于BGO晶体的PET扫描仪。

在20世纪70年代的后期，Cyclotron公司和Scanditronix公司主要致力于大型回旋加速器的研究。ORTEC公司和Cyclotron公司是第一代生产PET扫描仪的两家公司。随后，Scanditronix公司也推出了基于BGO晶体作为探测材料的PET扫描仪。

（二）氧化硅酸镥（LSO）和未来PET

虽然BGO从被发现并开始应用于PET制造仅仅近20年的时间，但硅酸镥（LSO）对PET影像的影响仍具有重要意义。BGO密度较高，仅有NaI光输出量的15%，相对死时间300ns。而LSO密度非常低，低原子序数，与BGO相比有5倍的光输出量，并且LSO光输出量的衰减较BGO快7.5倍。LSO特性导致了综合速度和光输出量较BGO提高了37.5倍。

1989-1992年，LSO被发现并且第一次通过加工获得其晶体，这是由Schlumberger技术公司的Melcher获得的专利。1995年，CTI公司获得这些专利的使用权，同年Melcher加入了CTI公司并促进了LSO晶体的发展。早期的LSO发展并不顺利，由于土壤中Lu元素稀少致使其造价增高，这就限制了LSO应用的可能性。另外，除了应用于PET探测器外，LSO没有其他商业用途。1995年，每提炼1kg Lu元素的价格为6000～12000美元，且只能提炼出几克的研究用量。经过CTI公司Andreaco与田纳西州大学化学系Schweitizer两人的共同努力，使Lu元素的提炼技术日益精湛，效率也大幅度提高。至今，LSO的价格与BGO晶体的价格基本相等。

第一台LSO晶体PET扫描仪是由加利福尼亚大学的Cherry等设计和制造的，是一台microPET，专门用于小型动物显像的扫描仪，其分辨率达到了1.6mm3。商业化的microPET由科罗拉多MicroSystem公司制造。大约有30台这样的PET被科研机构和制药机构购买，用于在小型动物身上进行哺乳动物疾病的生物学研究，也用于分子影像探针和药物的研究。

第一台人LSO晶体PET是在1999年2月交付德国科隆Max Planck研究院的。HRRT脑扫描仪由12万块LSO晶体组成，具有统一的立体分辨率，其分辨率半高宽（FWHM）约为2.5mm。

由LSO和NaI晶体组合作为PET和SPECT扫描仪探测器于2000年3月在阿姆斯特丹自由大学制造完成。这种设备可以完成类似于专用型PET的扫描，也可以进行完美的SPECT扫描。第一台全身LSO PET扫描仪（即Accel），于2001年在北加利福尼亚（北卡罗来纳）PET中心制造完成。

（三）模块化探测器

1984年，Scanditronix设计了一款PET，其使用的两个晶体块在一个光电倍增管上，其中一个晶体是BGO，另一个晶体是GSO。由于不同的闪烁体有不同的闪烁衰减时间，因此通过对衰减时间的测量，晶体所产生的信号事件可以被确认。这种技术刺激了对光多路技术的寻找，使之能在更小的光电倍增管上安装更多更小的闪烁体。Burnham等在麻省总医院研发出一种技术，即单个小的闪烁体探测器安放在一个投影环上，同时光电倍增器安装在相对应的投影环上。Burnham证明了两个相邻光电倍增器信号的比率，闪烁体能够探测γ射线并能确认。这种技术除使用了环状投影原理外，与Anger Camera照相机的技术非常相似。

1984年，Casey和Nutt认为，虽然这种技术具有可行性，但对制造商来说，技术上可能比较困难且成本较高。之后提出的模块化探测器构想，使Burnham探测器更容易制造出来。

自从1985年以后，大多数专用型PET扫描使用了模块探测器。这种发明可以大幅度提高分辨率和探测效率，并且降低成本，被认为是PET发展史上一次重要的进步。第一代模块探测器有4个光电倍增管，其上有32个晶体，或者每个光电倍增管有8个晶体。最新的扫描仪每个光电倍增管有144个晶体。