양전자방출단층촬영 영상의 최적화를 위한 물리적 연구

Abstract

양전자방출단층촬영(positron emission tomography, PET)은 양전자를 방출하는 방사성 의약품을 인체에 정맥주사 또는 흡입으로 주입한 후 양전자-전자 소멸에서 방출되는 511 keV의 감마선 쌍을 이용하여 체내의 방사선원 분포를 영상화하는 기술이다. 체내 연구에서 얻어지는 자료들의 정확도를 이해하기 위해서는 PET 스캐너의 성능평가가 선행되어야 하므로 공간분해능, 산란분획, 민감도, 계수율 손실, 계수율보정, 균일도, 산란보정, 감소보정을 측정하였다. PET 영상의 광자감쇠를 보정하기 위하여 투과스캔과 방출스캔의 선원이 공존하는 T+E 방법을 사용하고 그 정확도와 임상응용 가능성을 검증하였다. 격막을 제거한 3차원 데이터획득은 2차원 데이터획득에 비하여 시스템의 민감도가 증가되어 환자에게 주입하는 방사능량을 줄일 수 있고 스캔 시간을 단축할 수 있는 장점이 있으므로 3차원 PET 영상의 정량적 정확도와 임상적 유용성을 연구하였다. PET 동적영상을 정량분석하기 위하여 관심영역 설정 방법으로 얻은 심장의 시간-방사능 곡선을 추적자 역학의 2구획모델에 합치하여 심근의 혈류량을 비롯한 생리학적인 인자들을 구하였다. 이 연구에서는 PET 영상을 최적화하기 위한 데이터획득과 정량적 분석 방법들을 물리적으로 고찰하였다. ; A series of performance measurements positron emission tomography(PET) were conducted using General Electric Advance^TM PET. The measurements include the basic intrinsic tests of spatial resolution, scatter fraction, sensitivity, and count rate losses and randoms. They also include the tests of the accuracy of corrections: count rate linearity correction, uniformity correction, scatter correction and attenuation correction. The results indicate the performance of GE Advance^TM PET scanner to be well suited for clinical and research applications. A technique for performing simultaneous transmission and emission scans (T+E method) after the injection of a tracer has been validated. The T+E method subtracts the emission counts contaminating the transmission measurements to produce accurate attenuation correction coefficients. GE Advance^TM PET scanner and `^68 Ge rotating pin sources for transmission scanning were used for this investigation. The attenuation correction can be accomplished with T+E method and this method can significantly shorten the time between transmission and emission scans and thus reduce the likelihood of patient motion and increase scanning throughput in PET. In order to investigate the clinical utility and the quantitative accuracy of 3D volumetric PET imaging with [`^18 F]FDG in the brain studies, 24patients of various neurological disorders were studied. The 3D and scatter corrected 3D images were compared to the 2D images by visual assessment and by placing ROIs over white and gray matter and over lesion and contralateral normal areas. 3D PET imaging with scatter correction in [`^18 F]FDG brain studies provides quantitatively similar images to 2D and can be utilized in a routine clinical environment to reduce scanning time and patient motion artifacts. Regional myocardial blood flow (rMBF) can be noninvasively quantified using [`^13 N]ammonia and dymanic PET. An optimized routine SMC_fia has been developed based on a tracer kinetics model. rMBF was examined at rest and dipyridamole induced stress in a coronary artery disease patient. rMBF values can be efficiently quantified by SMC_fia using [`^13 N]ammonia two-compartment model.