PET is a nuclear imaging technique that measures the spatial and temporal distribution of compounds labeled with a positron emitting radionuclide introduced into a subject to be determined non-invasively. Spatial resolution degradation occurs at the edge of Field Of View (FOV) due to parallax error. To improve spatial resolution at the edge of FOV, Depth-Of-Interaction (DOI) PET has been investigated and there are several methods for DOI positioning.
Among DOI positioning methods, sharing scintillation light output is the cost-effective and accurate method while solid-state photosensors such as Avalanche Photodiodes have been well developed. Avalanche photodiodes have internal gain by impact ionizations in high electric field. High gain and low noise are good characteristics for use in PET.
In this thesis, DOI-PET detector using two APD with LSO scintillation crystal was designed and evaluated, and parameter to affect DOI positioning was investigated. Energy resolution of the designed detector was 12 % in 662 keV photopeak. Comparing photopeak channels of two APD output, DOI position was measured. DOI positioning error was ±2.5 mm. DOI resolution in current DOI-PET systems is still ~ cm. Minimum 4 step positions can be obtained with 2 cm long LSO crystal in this result.
양전자방출단층촬영장치 (Positron Emission Tomography; PET)는 양전자 방출 방사성동위원소를 이용해 180도 방향으로 방출되는511 keV 에너지의 소멸 방사선을 검출하여 단층영상재구성 알고리즘을 이용해 영상을 구성하는 장치이며, 현재 의학 및 분자영상학에서 널리 사용되고 있다. 하지만 검출기의 기하학적 한계로 시야 외곽의 감마선을 검출할 때 공간분해능이 저하된다. 이를 개선하기 위해 감마선 반응 깊이 (Depth-Of-Interaction; DOI)를 측정하여 공간분해능을 개선하고자 하는 연구가 진행되었다.
반도체 기술의 발달로 인해 고체형 광센서 개발이 이루어져 현재는 반응깊이 측정 방법 중 섬광체의 광출력을 두개의 광센서에서 획득하여 두 광센서에서의 신호를 비교함으로써 섬광체에서 감마선 반응 위치를 찾는 방법이 정확하고, 효율적이다.
본 연구에서는 두 개의 사태 광다이오드 (Avalanche Photodiode; APD)와 2 mm × 2mm × 20 mm LSO 섬광체를 이용하여 PET 검출기를 제작하였다.두 사태 광다이오드에서 얻은 스펙트럼의 광피크를 비교함으로써 섬광체 내에서 감마선 반응 위치를 측정하였고, 반응 위치 측정 오차를 분석하였다.
제작된 PET 검출기의 에너지 해상도는Cs-137 동위원소의 662 keV 광피크에서 12 %이고, 에너지 해상도는 출력신호의 오차이며, 이 오차는 반응깊이 측정에 영향을 준다. 따라서 출력신호 오차를 대입해 반응 깊이 오차는 출력신호 오차 범위 2.35σ에서 ±2.5 mm 이었다. 따라서 2 cm LSO 섬광체에서 반응 위치를 최소한 4개로 구분할 수 있다. 이는 현재 개발된 ~cm 단위의 검출기 보다 우수하다. 반응 깊이 오차의 가장 큰 원인은 사태 광다이오드의 인가전압과 온도에 대한 민감성 때문이다. 검출기 내에서 사태 광다이오드는 실제적으로 비슷한 환경에 놓여져 있으므로, 각각의 신호 출력 오차가 있더라도 두 신호를 비교해 반응 깊이를 구할 때는 계산된 ±2.5 mm 오차보다 작을 것으로 예상된다.
본 연구에서 나온 두개의 광 사태다이오드와 LSO 섬광체를 이용한 검출기를 이용해 DOI-PET를 설계 할 때 방법을 제공할 것으로 본다.
