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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2507.18222v1 (physics)
[提交于 2025年7月24日 ]

标题: 基于最大似然估计的正交条状平面高纯锗探测器三维位置重建

标题: Three-dimensional position reconstruction of orthogonal-strip planar high-purity germanium detectors using maximum likelihood estimation

Authors:Qiuli Zhang, Peng Zhang, Wenhhan Dai, Mingxin Yang, Yang Tian, Ming Zeng, Hao Ma, Zhi Zeng
摘要: 正交条带平面高纯度锗(HPGe)探测器可以通过分析来自多个电荷信号的参数来重建光子相互作用的三维(3D)位置。传统方法独立地使用基于幅度的参数在每个维度中重建位置,导致对噪声敏感和系统偏差。在本研究中,我们提出了一种基于最大似然估计(MLE)的多参数联合重建方法,该方法建立了脉冲形状参数与相应3D位置之间的映射。为了减轻电子噪声的影响,我们采用了基于积分的参数。通过脉冲形状模拟评估了重建性能。在1 keV均方根(RMS)电子噪声下,对于100 keV光子,中心区域的Z方向最大重建偏差从0.4 mm降低到0.02 mm,而在电极附近则从2 mm降低到0.15 mm。X/Y方向的最大重建偏差从0.4 mm降低到0.016 mm。此外,基于积分的参数的使用缓解了高噪声条件下分辨率的快速退化。实现的位置分辨率在Z方向上为0.07 mm至0.16 mm,在X/Y方向上为0.07 mm至0.44 mm。这种方法为HPGe探测器在医学成像和伽马射线天文学等应用中的三维位置重建提供了一种有前景的方法。
摘要: Orthogonal-strip planar high-purity germanium (HPGe) detectors can reconstruct three-dimensional (3D) positions of photon interactions through analysis of parameters extracted from multiple charge signals. The conventional method independently reconstructs positions in each dimension using amplitude-based parameters, leading to noise sensitivity and systematic biases. In this study, we propose a multi-parameter-joint reconstruction method based on maximum likelihood estimation (MLE) which establishes a mapping between pulse shape parameters and corresponding 3D positions. To mitigate the effects of electronic noise, we employ integral-based parameters. The reconstruction performance was evaluated using pulse shape simulations. For 100 keV photons under 1 keV root-mean-square (RMS) electronic noise, the maximum Z reconstruction bias was reduced from 0.4 mm to 0.02 mm in the central region and from 2 mm to 0.15 mm near the electrodes. The maximum reconstruction bias in the X/Y directions was reduced from 0.4 mm to 0.016 mm. Furthermore, the use of integral-based parameters mitigated the rapid degradation of resolution under high-noise conditions. The achieved position resolution ranged from 0.07 mm to 0.16 mm in the Z directions and from 0.07 mm to 0.44 mm in the X/Y direction. This method offers a promising approach to 3D position reconstruction with HPGe detectors for applications such as medical imaging and gamma-ray astronomy.
评论: 16页,16图
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 核实验 (nucl-ex)
引用方式: arXiv:2507.18222 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2507.18222v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.18222
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Zeng Zhi [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 24 日 09:17:03 UTC (11,958 KB)
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