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研究背景及目的：高能Gamma光子在介质中传播所产生的电子速度超过光子在该介质中的传播速度时，会发生切伦科夫（Cherenkov）辐射，这种电磁辐射现象广泛应用于时间测量和粒子识别。飞行时间测量技术（TOF）是正电子发射断层扫描（PET）中的高精度定时方法，能够提升正电子发射位置的测量准确度。切伦科夫光子探测可以提供皮秒级的时间分辨率，进一步提升了TOF-PET的定时精度，有助于提高TOF-PET测量正电子发射位置的精确度，从而显著提升PET图像质量。
研究材料及方法：本研究使用蒙卡仿真程序GATE中的LUT Davis模型，模拟了Gamma光子进入LYSO晶体条后，SiPM单元阵列接受到荧光信号的时间分布。研究中使用的LYSO晶体条尺寸为2 mm × 2 mm × 20 mm，SiPM单元尺寸为2 mm × 2 mm。模拟中设置了10^7个511 keV Gamma光子从正面入射LYSO晶体，分析了发生光电效应的时间（T1）分布及射线作用深度位置（DOI）分布，统计了切伦科夫光子和荧光光子的产额。论文分析了LYSO晶体条不同DOI位置上切伦科夫光子到达SiPM单元的时间分布（T2），以及荧光光子的产生时间（T3）。对T1、T2和T3进行了卷积，计算了切伦科夫光子衰减时间谱，以评估切伦科夫光子对PET最早信号触发时间及定时时间的影响。
研究结果：一个Gamma光子在LYSO晶体发生作用时大约会产生0-10个切伦科夫光子，其定时信号随着Gamma光子产生的切伦科夫光子数目和射线作用深度位置（DOI）而减小。当没有切伦科夫光子产生时，荧光光子最早的定时时间在0.4-0.86 ns之间。当产生2个切伦科夫光子时，最早的定时时间缩短为0.23-0.73 ns。当产生5个切伦科夫光子时，最早的定时时间进一步缩短为0.08-0.54 ns。研究表明，切伦科夫光子的产生时间为飞秒（fs）量级，切伦科夫光子的探测显著提升了PET定时精度，提升幅度在0.13-0.32 ns之间。
研究结论：通过精确探测511 keV伽马射线在LYSO闪烁晶体中产生的切伦科夫光子，能够显著提高TOF-PET的定时精度，得到更高质量的PET图像，为医学影像学领域带来更大的进步和创新。
关键词：切伦科夫光子；TOF-PET；定时精度
