Základní funkcí krystalu, někdy též nazývaného scintilační krystal, je konverze energie gama fotonu na energii světelného fotonu. Nejčastěji se krystaly vyrábějí z jodidu sodného (NaI) dopovaného thaliem. Atomy thalia rozptýlené po krystalu NaI zlepšují jeho odezvu na gama fotony.

Princip konverze gama záření na světelné je velice komplexní, může být však jednoduše vysvětlen jako absorpce energie gama záření krystalem a opuštění jeho elektronů v excitovaném stavu. Gama foton předá svoji energii při jednom či více Comptonových rozptylech či při fotoelektrickém jevu uvnitř krystalu. Každý z energetického elektronu produkovaného interakcemi gama fotonu uvnitř krystalu distribuuje svoji energii mezi elektrony v krystalu a zanechává je v excitovaném stavu. Jakmile se excitované elektrony vrací zpět do původního stavu, je část jejich energie vyzářena jako světelný foton. Na každý keV energie gama fotonu absorbované krystalem odpovídá přibližně čtyřicet emitovaných světelných fotonů. Detekce světelných fotonů poté probíhá ve fotonásobičích.

U PET kamer se však krystaly založené na NaI dopovaném thaliem nepoužívají, místo nich jsou používány krystaly s větší hustotou a vyšším atomovým číslem Z, jako například BGO (bismuth germinate oxide), LSO (lutetium orthosilicate) či GSO (gadolinium orthosilicate). Tyto typy krystalů mají větší citlivost detekce 511 keV fotonů vznikajících při anihilaci než NaI krystaly. Důvodem je, že se zvyšujícím atomovým číslem Z krystalu rapidně stoupá pravděpodobnost fotoelektrického jevu (růst je úměrný Z³) a také roste pravděpodobnost Comptonova rozptylu, kvůli vyšší hustotě elektronů v krystalu, na druhou stranu však ke Comptonovu rozptylu dochází s atomy s nižším Z. LSO a GSO krystaly mají oproti BGO a NaI krystalům výhodu v kratší době, potřebné pro přechod excitovaných molekul do jejich základního stavu s vyzářením světelného fotonu. Během této doby přechodu nemůže být detekován další gama foton vstupující do krystalu, tudíž čím je kratší doba přechodu z excitovaného stavu na základní, tím více gama fotonů může být detekováno a tím vyšší je citlivost krystalu [1]. Produkce světelných fotonů na jednotku keV gama záření absorbovaného krystalem, tzv. světelná výtěžnost (light yield), je také důležitá pro celkové prostorové rozlišení.

V tabulce je uveden přehled jednotlivých typů krystalů použitelných pro PET a jejich parametry:

Tabulka 2: přehled typů krystalů pro PET [1]

Doprovodná prezentace: