In this dissertation, three topics are studied which are relevant to achieving high resolution in positron emission tomography (PET).
First, sampling scheme for a circular ring system is discussed and a new scheme is proposed which is termed as dichotomic sampling. Computer simulation is performed and compared with wobbling scheme widely accepted so far. The results show that unlike wobbling scheme the proposed dichotomic scheme offers uniform sampling interval therefore better reconstructed images. In addition, it is quite more flexible in adjusting the sampling interval or number of scan stops. Even more important is the fact that it can be easily applicable to a multilayer spherical system since its mechanical motion is one dimensional while wobbling is two dimensional. The dichotomic sampling scheme has been realized in DICHOTOM-I through the modification of CRTAPC system. This modification and the results of experiments done with the DICHOTOM-I are also presented.
Second, since the sensitivity improvement is a crucial factor to support high resolution, S-PET (Spherical Positron Emission Tomography) system proposed to achieve the resolution of 2-3mm ultimate in PET imaging adopts spherical shape and focused annular collimators to improve sensitivity. To see the sensitivity of the S-PET system, it is quantitatively analysed through mathematical formulation together with the calculation of the image degradation factors, i.e., scatter and random coincidences. By calculating the same things for the system of cylindrical shape on the same condition and comparing them with those of the proposed spherical system, the efficacy of spherical shape and focused annular collimators for the improvement of sensitivity and suppression of scatter and random coincidences is demonstrated.
Third, the coincidence circuit to be used for the multilayer system such as S-PET which is designed to exploit oblique rays is required to have the capabilities of handling millions of coincidence channels and recording tens of millions of coincidence events per second. A new concept to achieve this goal is proposed and its performance is estimated. An exemplary circuit is presented for 16 layer system each layer having 384 detectors whose coincidence channel capacity is as much as 4.5 millions. Dead time loss estimated is less than 1% upto 15 million coincidence counts/sec and coincidence resolving time is around 5 nsec which is acceptable for NaI(Tl) and BGO detectors.
본 논문에서는 양전자 방출형 단층 촬영기에서 고 해상도를 얻는 데 관련 된 세가지 문제를 다루었다.
첫째, 원형 링 씨스템에서의 샘플링 문제로 Dichotomic 샘플링 이란 새로운 샘플링 방법을 제안하였으며 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기존의 wobbling 방법과 비교하였다. 그 결과 wobbling 과 달리 샘플 간격이 균일하다는 잇점으로 재구성된 영상의 질이 향상됨을 확인하였다. 이 외에도 이 새로운 방법은 샘플 간격 조정에 융통성이 있다는 점과 모션이 간단하여 구형 단층 촬영기와 같은 복잡한 다층 시스템에 적용하기 쉽다는 잇점이 있다. 따라서, 이 방법을 해상도가 낮은 기존의 원형 CRTAPC 씨스템에 적용하여 DICHOTOM-I으로 개조하였으며 개조된 씨스템의 성능 향상을 실험으로 입증하였다.
둘째, 씨스템 sensitivity 문제로 이의 향상은 고 해상도의 영상을 얻는 데 필수적이다. 양전자 방출형 단층 촬영기가 가질 수 있는 궁극의 해상도인 2-3mm 를 이룩하기 위해 sensitivity를 높일 목적으로 제안되었던 구형(Spherical) 씨스템의 sensitivity를 수학적 수식을 통해 정량적으로 해석하였다. 또한 영상의 질을 저하시키는 요인인 scatter 와 random coincidencei}OE 계산하였고 이 모두를 실린더형의 씨스템과 비교함으로써 구형으로서의 기하학적 잇점과 구형 씨스템의 또 하나의 특징인 focused annular collimator 의 우수성을 확인하였다.
셋째, coincidence 회로 문제로 구형 양전자 방출형 단층 촬영기와 같은 복잡한 씨스템에서 요구되는 것의 특징은 수 백만개의 coincidence 채널을 가지며 매초 수 천만개의 coincidence 를 검출할 수 있는 능력을 지녀야 하는 데 있다. 본 논문에서는 이를 실현시키기 위한 새로운 개념의 회로를 제안하였으며 그 예로써 각 층마다 384개의 검출기를 갖는 16층 씨스템에 쓸 수 있는 회로를 설계하였으며 dead time 손실과 coincidence resolving time을 예측함으로써 그 성능을 보였다.
