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Deep Learning Applied Method for Acquisition of Digital Position Signal of PET Detector
조병두(Byungdu Jo),이승재(Seung-Jae Lee) 한국방사선학회 2022 한국방사선학회 논문지 Vol.16 No.6
PET에서 영상화를 위해서는 검출기에 입사한 감마선과 상호작용한 섬광 픽셀의 위치를 측정해야한다. 이를 위해서 기존 시스템에서는 섬광 픽셀의 평면 영상을 획득하여, 각 섬광 픽셀이 영상화된 영역을 분리한 후, 섬광 픽셀의 위치를 특정하여 디지털 신호로 획득한다. 본 연구에서는 검출기의 광센서에서 형성되는 신호를 바탕으로 딥러닝 방법을 적용하여, 여러 절차를 거치지 않고 직접 디지털 신호로 획득하는 방법을 개발하였다. 이에 대한 검증 및 위치 측정의 정확도 평가를 위해 DETECT2000 시뮬레이션을 수행하였다. 6 x 6 섬광 픽셀 배열과 4 x 4 광센서를 사용하여 검출기를 구성하였으며, 섬광 픽셀의 중심에서 감마선 이벤트를 발생시켜, 앵거 식을 통해 4채널의 신호로 합산하였다. 획득된 신호를 사용하여 딥러닝 모델을 학습한 후, 섬광 픽셀의 서로 다른 깊이 방향에서 발생된 감마선 이벤트에 대한 위치를 측정하였다. 그 결과 모든 섬광 픽셀 및 위치에서 정확한 결과를 보였다. 본 연구에서 개발한 방법을 PET 검출기에 적용할 경우, 보다 편리하게 섬광 픽셀의 위치를 디지털 신호로 측정할 수 있을 것이다. For imaging in positron emission tomography(PET), it is necessary to measure the position of the scintillation pixel interacting with the gamma rays incident on the detector. To this end, in the conventional system, a flood image of the scintillation pixel is obtained, the imaged area of each scintillation pixel is separated, and the position of the scintillation pixel is specified and acquired as a digital signal. In this study, a deep learning method was applied based on the signal formed by the photosensor of the detector, and a method was developed to directly acquire a digital signal without going through various procedures. DETECT2000 simulation was performed to verify this and evaluate the accuracy of position measurement. A detector was constructed using a 6 x 6 scintillation pixel array and a 4 x 4 photosensor, and a gamma ray event was generated at the center of the scintillation pixel and summed into four channels of signals through the Anger equation. After training the deep learning model using the acquired signal, the positions of gamma-ray events that occurred in different depth directions of the scintillation pixel were measured. The results showed accurate results at every scintillation pixel and position. When the method developed in this study is applied to the PET detector, it will be possible to measure the position of the scintillation pixel with a digital signal more conveniently.
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매우 작은 크기의 섬광 픽셀을 사용한 배열의 평면 영상 획득을 위한 섬광체 블록 조합 검출기 개발
이승재(Seung-Jae Lee),조병두(Byungdu Jo),백철하(Cheol-Ha Baek) 한국물리학회 2024 새물리 Vol.74 No.1
전임상용 양전자방출단층촬영기기(positron emission tomography; PET)의 검출기는 고해상도 달성을 위해 매우 작은 크기의 섬광 픽셀을 사용한다. 이러한 크기의 섬광 픽셀은 광센서 픽셀의 크기에 비해 매우 작으므로 가장자리에 위치한 섬광 픽셀들이 영상에서 겹침이 발생한다. 이를 해결하기 위해 광가이드를 적용하여 빛의 분포를 다르게하여 겹침의 발생을 감소시켰다. 그러나 여전히 가장자리 부근의 영상에서 완벽한 분리가 어렵다. 본 연구에서는 섬광 픽셀과 동일한 물질의 광가이드를 사용하여 기존 광가이드에 비해 더욱 향상된 분리 정도를 나타내는 검출기를 개발하였다. 기존 광가이드를 사용한 검출기와 새롭게 개발한 검출기의 가장자리 섬광 픽셀의 영상 분리 정도를 평가하기 위해 평면 영상을 획득하였다. 획득한 평면 영상에서 가장자리 두 섬광 픽셀 영상에 대한 분리 정도를 산출한 결과 기존 광가이드에 비해 섬광체 광가이드가 더욱 우수한 분리 정도를 나타내었다. 또한 가장자리 및 중심 부근에서 섬광 픽셀 영상의 공간분해능을 산출한 결과 섬광체 광가이드를 사용하였을 경우, 더욱 우수한 공간분해능의 결과를 나타내었다. 각각의 섬광 픽셀 영상의 공간분해능이 우수한 것은 인접한 섬광 픽셀 영상간의 분리 정도가 더욱 우수한 것을 나타낸다. 본 연구에서 개발한 검출기를 전임상용 PET에 사용할 경우 전체 시스템 공간분해능의 향상을 통해 영상의 질을 향상시킬 수 있을 것이다. Preclinical positron emission tomography (PET) detectors use very small-sized scintillation pixels to achieve high resolution. Since the scintillation pixels of this size are very small compared to the size of the photosensor pixels, the scintillation pixels located at the edges overlap in the image. To solve this problem, a light guide was applied to reduce the occurrence of overlapping by differentiating the distribution of light. In this study, a light guide made of the same material as the scintillation pixel was used to develop a detector that exhibits a much improved degree of separation compared to conventional light guides. Flood images were acquired to evaluate the degree of image separation between the edge scintillation pixels of the detector using the existing light guide and the newly developed detector. As a result of calculating the degree of separation between the two edges of the scintillation pixel image in the acquired flood imgae, the scintillator light guide showed a better degree of separation than the conventional light guide. In addition, as a result of calculating the spatial resolution of the scintillation pixel image near the edge and center, the result of using the scintillator light guide showed better spatial resolution. The superior spatial resolution of each scintillation pixel image indicates that the degree of separation between adjacent scintillation pixel images is more excellent. If the detector developed in this study is used for preclinical PET, it will be possible to improve image quality by improving overall system spatial resolution.
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