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A Position Decoder Circuit to Recover Inter-crystal Scattered Events

초록/요약 도움말

최근 PET (Positron emission tomography)의 공간분해능을 높이기 위해 픽셀화된 섬광결정을 이용한 PET 검출기를 널리 사용하고 있다. 이 경우, 검출기로 입사된 감마선이 섬광결정에서 Compton 산란을 겪으며 여러 픽셀에서 동시에 검출될 수 있다. 만약 산란을 겪은 감마선이 에너지 윈도우 내에 위치하지 않을 경우, 해당 감마선은 PET 영상을 구성하는데 유효하지 않은 이벤트로 판단된다. 이는 PET 검출기의 민감도를 떨어뜨리는 요소가 된다. 이 연구의 목적은 위처럼 섬광결정에 의해 산란된 감마선을 복원하여 PET 검출기의 민감도를 높이면서, 동시에 다수의 검출기 신호를 처리할 수 있는 멀티플렉싱 회로 (Position decoder circuit, PDC)를 개발하는 것이다. 본 연구에서 개발한 PDC는 두 개의 검출기 모듈 출력을 멀티플렉싱 할 수 있도록 설계되었다. 각 검출기 모듈은 4×4 배열의 LYSO (Lutetium yttrium orthosilicate) 섬광결정과 4×4 배열의 GAPD (Geiger-mode avalanche photodiode)가 1 대 1 결합으로 구성된다. PDC는 총 32개의 검출기 출력 중 첫 번째와 두 번째로 입력된 신호를 선별하여 해당 신호의 파형과 위치 정보를 외부 데이터획득장치 (Data acquisition system, DAQ)로 전송한다. DAQ는 입력받은 PDC 출력을 계산하여 감마선의 도착시각, 에너지, 위치정보를 PC에 List-mode 형태로 저장한다. 감마선 산란 보정은 PC에 저장된 감마선의 도착시각 및 에너지를 바탕으로 후처리 과정을 통해 이루어진다. PDC의 성능 평가를 위해 22Na 표준선원을 이용하여 감마선 산란 보정 전후의 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 또한, 섬광결정 픽셀별 감마선 복원 정도를 비교하여 검출기 모듈 내 혹은 검출기 모듈 간에 감마선 산란 보정이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 새롭게 개발된 PDC가 감마선 산란 보정을 통해 PET 검출기의 민감도를 높이는데 유용하며 동시에 다수의 PET검출기 출력을 멀티플렉싱 할 수 있음을 보여주고 있다.

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초록/요약 도움말

In a positron emission tomography (PET) detector using pixelated scintillator, a 511 keV annihilation photon incident on a pixel may deposit part of its energy and be simultaneously detected in several adjacent pixels. These inter-crystal scattered events are typically considered invalid events in PET when their energies are not within the energy window. The purpose of this study is to develop a position decoder circuit (PDC) that is capable of multiplexing a number of channels and recovering the inter-crystal scattered events to improve the sensitivity of the PET detector, which consists of Geiger-mode avalanche photodiode (GAPD) arrays. The PET detector module consisted of a 4 × 4 array of LYSO crystals and a 4 × 4 array of 3 × 3 mm2 GAPDs. The output signals from two detector modules were transmitted to the PDC which amplified the signals, then selected two amplified signals among the 32 signals and output their digital addresses and analog pulses. The PDC outputs were fed into a data acquisition system. The output’s arrival time, energy and address were estimated and stored in list mode format. The recovery of inter-crystal scattered events was carried out by using the energy and time criteria in post-processing. The results of this study showed that the PDC design successfully increases the sensitivity of PET detector through the recovery of inter-crystal scattered events while maintaining its high channel reduction ratio.

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