Позитроны (+) испускаются при распаде и переходе в устойчивое состояние дефицитных по нейтронам атомов таких, как 11С, 13N, 15O, 18F, вводимых пациенту в составе РФП. Проходя короткое расстояние (до нескольких мм) в тканях тела, они теряют кинетическую энергию (Екин) вследствие кулоновских взаимодействий и ионизации. При значениях Екин, близких к нулю, позитроны взаимодействуют с электронами вещества (-) и аннигилируют с испусканием двух аннигиляционных фотонов. Энергия каждого из них составляет 511 кэВ. Почти одновременное измерение двух противоположно разлетающихся аннигиляционных фотонов называется детектированием истинных совпадений, которое и создает основу для регистрации проекционных данных ПЭТ-сканером. Такая регистрация сигнала двумя противоположно установленными детекторами означает, что точка аннигиляции находится на соединяющей их линии. Положение линии фиксируется детекторами, а координата точки на линии остается неизвестной. Однако регистрация нескольких подобных линий, проходящих через эту точку, позволяет установить ее точные координаты. Из-за малой длины пробега позитрон практически не имеет шансов покинуть тело пациента, и его аннигиляция с электроном обеспечивает единственный механизм детектирования концентрации активности в теле пациента.
Параллельно сигналы проходят на временной одноканальный анализатор, служащий для установления истинности либо случайности детектированных совпадений. Если импульс совпадений лежит в пределах заданного временного окна и удовлетворяет заданному энергетическому критерию, то такое событие записывается компьютером, если нет, то оно игнорируется и электроника ожидает прихода следующего импульса.
Реально детектируются различные пары фотонов, не отличимые от истинных аннигиляционных фотонов:
Случайные совпадения, возникающие от двух независимых актов аннигиляционных событий и регистрируемые электроникой в пределах окон временной и энергетической селекции. Причиной возникновения подобных случайных совпадений является фотоэлектрическое поглощение двух фотонов из разных актов аннигиляции в веществе исследуемого объекта.
совпадения, возникающие при изменении первоначальной траектории противоположно разлетающихся аннигиляционных фотонов в результате их комптоновского или упругого малоуглового рассеяния на электронах вещества среды. Такие совпадения регистрируются электроникой, если энергия рассеянных фотонов выше установленного для детектора энергетического уровня дискриминации. При этом координата точки аннигиляции определяется с погрешностью, а возникающий эффект "размытия" изображения связан с тем, что вследствие малого угла рассеяния точки совпадений, вызванных рассеянием, лежат вблизи их истинного положения.
Регистрируемые совпадения от рассеянных фотонов и случайные совпадения, приводя к ложному позиционированию актов аннигиляции, составляют так называемую шумовую компоненту изображения, которая во многом определяет качество получаемого ПЭТ-изображения.
Мёртвое время системы
Не все фотоны, поглощаемые в двух противоположных детекторах, будут зарегистрированы, если электроника не успевает обработать сигналы от предыдущей пары фотонов до момента попадания на них следующей пары. Такие незарегистрированные фотоны составляют потери счета из-за мёртвого времени системы. Оценка величины потерь может быть произведена по графику зависимости счета от активности, где линейный ее участок соответствует минимальным потерям (импульсно-загрузочная характеристика). Область нелинейного изменения на графике различна для разных сканеров и определяется спецификой используемой в них электроники и детекторов. Потери счета при высоких скоростях из-за мёртвого времени системы могут быть компенсированы посредством использования мультипликативного фактора поправки для скорости измеренных совпадений, обычно определяемого эмпирически производителем сканера. Применение такой коррекции обеспечивает линейный отклик сканера вплоть до концентраций активности. Потери счета минимизируются в системах с большим числом детектирующих элементов.
Для снижения мёртвого времени необходимо, в частности, использовать детекторные кристаллы с более коротким временем сцинтилляции, а также более быструю электронику.