• IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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• 제4권5호
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• pp.305-310
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• 2015

We propose a new concept for a depth of interaction (DOI) positron emission tomography (PET) detector based on dual-ended-scintillator (DES) readout for small animal imaging. The detector consists of lutetium yttrium orthosilicate (LYSO) arrays coupled with orthogonal wavelength-shifting (WLS) fibre placed on the top and bottom of the arrays. On every other line, crystals that are 2 mm shorter are arranged to create grooves. WLS fibre is inserted into these grooves. This paper describes the design and performance evaluation of this PET detector using Monte Carlo simulations. To investigate sensitivity by crystal size, five types of PET detectors were simulated. Because the proposed detector is composed of crystals with three different lengths, degradation in sensitivity across the field of view was also explored by simulation. In addition, the effect of DOI resolution on image quality was demonstrated. The simulation results proved that the devised PET detector with excellent DOI resolution is helpful for reducing the channels of sensors/electronics and minimizing gamma ray attenuation and scattering while maintaining good detector performance.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.11-16
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• 2023

전임상용 양전자방출단층촬영기기는 관심 시야 외곽에서의 공간분해능 저하현상이 발생한다. 이를 해결하기 위해 감마선과 섬광체가 상호작용한 위치를 측정하는 반응 깊이 측정(depth of interaction, DOI) 검출기가 개발되었다. 여러 층으로 섬광 픽셀 배열을 구성한 방법, 하나의 층의 양단에 광센서를 배치한 방법, 여러 층으로 섬광 픽셀 배열을 구성하고 각 층마다 광센서를 배치한 방법 등이 있다. 본 연구에서는 기존에 개발된 검출기들의 특징을 분석하여 새로운 형태의 DOI 검출기를 설계하였다. 두층으로 구성된 검출기는 각 층마다 서로 다른 크기의 섬광 픽셀을 사용하여, 배열의 크기를 다르게 구성하였다. 이러한 형태로 구성할 경우 층별 섬광 픽셀의 위치는 서로 어긋나게 배열되어 평면 영상에서 서로 다른 위치에 영상화된다. 설계한 검출기의 반응 깊이 측정 가능성을 확인하기위해 DETECT2000 시뮬레이션을 수행하였다. 각 섬광 픽셀의 중심에서 발생된 감마선 이벤트로 획득한 빛의 신호로 평면 영상을 재구성하였다. 그 결과 각 층별 모든 섬광 픽셀이 재구성된 평면 영상에서 분리되어 영상화되어, 반응 깊이를 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 검출기를 전임상용 PET에 적용할 경우 공간분해능의 향상을 이루어 우수한 영상을 획득할 수 있을 것으로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권8호
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• pp.2646-2651
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• 2021

A rectangular-shaped PET system with an adjustable gantry (AGPET) has been developed for imaging small animals. The AGPET system employs a new depth of interaction (DOI) method using a depth dependent reflector patterns and a new digital time pickoff method based on the pulse reconstruction method. To evaluate the performance of the AGPET, timing resolution, intrinsic spatial resolution and point source images were acquired. The timing resolution and intrinsic spatial resolution were measured using two detector modules and Na-22 gamma source. The PET images were acquired in two field of view (FOV) sizes, 30 mm and 90 mm, to demonstrate the characteristic of the AGPET. As a result of in the experiment results, the timing resolution was 0.9 ns using the pulse reconstruction method based on the bi-exponential model. The intrinsic spatial resolution was an average of 1.7 mm and the spatial resolution of PET images after DOI correction was 2.08 mm and 2.25 mm at the centers of 30 mm and 90 mm FOV, respectively. The results show that the proposed AGPET system provided higher sensitivity and resolution for small animal imaging.

• 한국방사선학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.637-643
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• 2018

블록형 섬광체와 픽셀형 섬광체를 이용한 반응 깊이 측정 검출기를 설계하였으며, 층 구분 능력을 DETECT2000을 사용하여 측정하였다. 블록형 섬광체를 사용하여 민감도를 향상했으며, 반응 깊이를 측정함으로써 공간분해능을 향상했다. 위층은 블록형으로 아래층은 픽셀형 섬광체를 위치시켜 감마선과 반응한 섬광체에서 발생한 빛의 분포를 변화시켰으며, 변화된 빛의 분포의 채널별 신호 특성 분석을 통해 반응 깊이를 측정하였다. 아래층을 픽셀형 섬광체로 구성하여 평면 영상 획득 시 위층의 블록형 섬광체에서도 픽셀형 섬광체의 위치와 비슷한 곳에서 영상을 획득할 수 있었다. 앵거 알고리듬을 사용하여 16채널의 신호를 4개의 채널로 감소시켜, 신호 특성 분석을 용이하게 하였으며, 층 구분은 간단한 알고리듬을 사용하여 측정하였고 층별 약 84%의 측정 정확도를 보였다. 본 검출기를 전임상용 PET에서 사용할 경우 반응 깊이 측정을 통해 검출 시야 외곽에서의 공간분해능을 향상할 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2003년도 제27회 추계학술대회
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• pp.44-44
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• 2003

As a basic measurement tool in the areas of animal models of human disease, gene expression and therapy, and drug discovery and development, small animal PET imaging is being used increasingly. An ideal small animal PET should have high sensitivity and high and uniform resolution across the field of view to achieve high image quality. However, the combination of long narrow pixellated crystal array and small ring diameter of small animal PET leads to the degradation of spatial resolution for the source located at off center. This degradation of resolution can be improved by determining the depth of interaction (DOI) in the crystal and by taking into account the information in sorting the coincident events. Among a number of 001 identification schemes, dual layer phsowich detector has been widely investigated by many research groups due to its practicability and effectiveness on extracting DOI information. However, the effects of each crystal length composing dual layer phoswich detector on DOI measurements and image qualities were not fully characterized. In order to minimize the DOI effect, the length of each layer of phoswich detector should be optimized. The aim of this study was to perform simulations using a simulation tool, GATE to design the optimum lengths of crystals composing a dual layer phoswich detector. The simulated small PET system employed LSO front layer LuYAP back layer phoswich detector modules and the module consisted of 8${\times}$8 arrays of dual layer crystals with 2 mm ${\times}$ 2 mm sensitive area coupled to a Hamamatsu R7600 00 M64 PSPMT. Sensitivities and variation of radial resolutions were simulated by varying the length of LSO front layer from 0 to 10 mm while the total length (LSO + LuYAP) was fixed to 20 mm for 10 cm diameter ring scanner. The radial resolution uniformity was markedly improved by using DOI information. There existed the optimal lengths of crystal layers to minimize the variation of radial resolutions. In 10 cm ring scanner configuration, the radial resolution was kept below 3.4 mm over 8 cm FOV while the sensitivity was higher than 7.4% for LSO 5 mm : LuYAP 15 mm phoswich detector. In this study, the optimal length of dual layer phoswich detector was derived to achieve high and uniform radial resolution.

• Journal of the Korean Physical Society
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• 제73권12호
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• pp.1904-1907
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• 2018

We designed a depth-encoding positron emission tomography (PET) detector by using a bottom and side readout method with a cross-arranged scintillator array. To evaluate the characteristics of the novel detector module, we used the DETECT2000 simulation tool to perform the optical photon transport in the crystal array. The detector module consists of an $M(column){\times}N(row)$ cross-arranged crystal array composed of M/3 sub-arrays consisting of $N{\times}3$ crystals. The second column of the sub-array is arranged perpendicular to the first and the third columns. The crystal is optically coupled to the crystals of the other columns; however, the surfaces between the crystals in the same column are treated as reflectors. A $6{\times}5$ crystal array consisting of two sub-arrays was considered for proof of concept. The two multi-pixel photon counter (MPPC) arrays are coupled to the bottom and one side of the crystal array, respectively. The x-y position is determined by the bottom MPPC array, and the side MPPC array gives depth information. All pixels in the x-y plane and the z direction were clearly distinguished.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제37권1호
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• pp.7-14
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• 2016

Radiopharmaceutical agents for positron emission tomography (PET), such as $^{18}F$-FDG and $^{68}Ga$, have been used not only for whole-body PET imaging but also for intraoperative radionuclide-guided surgery due to their quantitative and sensitive imaging characteristics. Current intraoperative probes detect gamma or beta particles, but not both of them. Gamma probes have low sensitivities since a collimator has to be used to reduce backgrounds. Positron probes have a high tumor-to-background ratio, but they have a 1-2 mm depth limitation from the body surface. Most of current intraoperative probes produce only audible sounds proportional to count rates without providing tumor images. This research aims to detect both positrons and annihilation photons from $^{18}F$ using plastic scintillators and a GAGG scintillation crystal attached to silicon photomultiplier (SiPM). The depth-of-interaction (DOI) along the plastic scintillator can be used to obtain the 2-D images of tumors near the body surface. The front and rear part of the intraoperative probe consists of $4{\times}1$ plastic scintillators ($2.9{\times}2.0{\times}12.0mm^3$) for positron detection and a Ce:GAGG scintillation crystal ($12.0{\times}12.0{\times}9.0mm^3$) for annihilation photon detection, respectively. The DOI resolution of $4.4{\pm}1.6mm$ along the plastic scintillator was obtained by using the 3M enhanced specular reflector (ESR) with rectangular holes between the plastic scintillators, which showed the feasibility of a 2-D image pixel size of $2.9{\times}4.4mm^2$ (X-direction ${\times}$ Y-direction).

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.311-313
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• 2002

We are under development of a 3D PET scanner with depth of interaction (DOI) capable of high sensitivity and high resolution. In this scanner, a maximum data transfer rate of coincidence pair's event information is 10 Mcps and one event is a 64-bit data format. This maximum data transfer rate corresponds by 10 times a conventional PET scanner. A data acquisition system, which fulfills the specification of this scanner, is considered for parallel collection with banks including several coincidence units. Data transfer rate is improved by optimizing parameters of a message size, and so on.

• 한국방사선학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.825-830
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• 2019

두 층의 섬광체와 각 층별 서로 다른 반사체의 사용과 섬광체와 감마선의 상호작용으로 발생한 빛 신호를 측정하기 위한 광센서로써 실리콘광전증배관(Silicon Photomultiplier, SiPM)을 사용하여 반응 깊이를 측정하는 검출기를 개발하였다. 층별 섬광 픽셀의 반사체의 종류를 다르게 사용함으로써 획득한 신호를 바탕으로 영상을 재구성할 경우 모든 섬광 픽셀이 서로 다른 위치에 기록되는 특징을 활용하여 섬광 픽셀과 감마선이 반응한 위치를 추적하였다. 아래층은 거울반사체를 사용하였으며, 위층은 난반사체를 사용하여 SiPM에서 획득되는 신호의 크기를 다르게 처리하였다. 섬광체 사이와 SiPM과 연결되는 부분은 광학적으로 연결되도록 광학 그리즈를 사용하여 급격한 굴절률 변화를 감소시켰다. 16개의 SiPM에서 획득한 신호는 앵거 방정식을 사용하여 4개의 신호로 감소시켰으며, 이를 사용하여 영상을 재구성하였다. 두 층으로 구성된 모든 섬광 픽셀이 재구성된 영상에 나타났으며, 이를 통해 섬광 픽셀과 감마선이 반응한 층을 구분할 수 있었다. 서로 다른 반사체를 사용하여 두 층의 반응 깊이를 측정하는 검출기를 전 임상용 양전자방출단층촬영기기에 적용할 경우 관심 시야 외곽에서 나타나는 공간분해능의 저하 현상을 해결할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.15-20
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• 2019

파장변이섬유를 사용한 새로운 반응 위치 측정 양전자방출 단층촬영기기 검출기를 개발하였으며, 이에 대한 최적화 작업을 수행하였다. 섬광체 2개와 파장변이섬유 3개를 사용하고, 파장변이섬유 끝에 센서를 부착하여 최적화 모듈을 설계하였다. 섬광체와 파장변이섬유 및 센서를 연결시키는 연결물질과 섬광체와 파장변이섬유의 반사체 물질에 따른 센서에서의 빛 수집율 및 센서별 빛 수집 비를 통해 최적의 조합을 도출하였다. 연결물질은 에폭시를 사용하고 반사체 물질은 섬광체와 파장변이섬유에서 각각 난반사체 및 거울반사체를 사용한 조합에서, 가장 높은 빛 수집율과 센서별 빛 수집 비를 보였다.