Silicon photomultiplier PET for simultaneous PET/MR imaging of small animal

Abstract

최근 의료 영상 기술의 발전으로 분자 혹은 세포 단위의 생물학적 기전을 영상화가 가능해지고, 이를 이용하여 환자 개개인에 맞는 맞춤 처방이 가능해지고 있다. 하지만 한 가지 종류의 영상화 기법만으로는 완전한 정보를 얻을 수 없기 때문에 두 가지 종류의 영상을 한번에 얻을 수 있는 융합 영상 기법이 필요하다. 특히 최신의 양전자방출단층촬영장치(PET)와 자기공명영상장치(MRI)의 결합은 높은 해상도의 해부학적 정보와, 높은 민감도의 분자 영상을 동시에 제공함으로써, 진단 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 실리콘 광증배기 기반의 소동물 전용 양전자방출단층촬영장치와 고자장 자기공명영상장치를 결합한 고성능 PET/MRI 영상 장치를 개발하고 성능을 평가하였다. 개발한 양전자방출단층촬영장치가 높은 성능과 안정성을 가짐을 보였으며, 이 융합 장비가 각 영상장치의 영상 품질에 영향을 주지 않음을 확인하였다. 마우스에서의 PET/MR 동시영상을 통해 개발한 시스템이 뇌종양 모델에서의 생화학적 변화를 평가하는데 유용함을 증명하였고, 새로운 이미징 프로브 개발에 도움이 될 수 있음을 확인하였다. 본 학위 논문 결과의 일부는 아래 저널들에 게재되었다. ● Ko GB et al. Development of a front-end analog circuit for multi-channel SiPM readout and performance verification for various PET detector designs. Nucl Instr and Meth A. Mar 2013

703:38-44. ● Ko GB et al. Evaluation of a silicon photomultiplier PET insert for simultaneous PET and MR imaging. Med Phys. Jan 2016

43(1):72-83. ● Ko GB et al. Simultaneous multi-parametric PET/MRI with silicon photomultiplier PET and ultra-high field MRI for small animal imaging. J Nucl Med. Aug 2016

57(8):1309-1315.

The visualization of biological processes in molecular and cellular levels has revolutionized the understanding and treatment of human diseases. However, no single biomedical imaging modality provides complete information, resulting in the emergence of multimodal approaches. Combining state-of-the-art positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) technologies without loss of system performance and overall image quality can provide opportunities for new scientific and clinical innovations. Here, we present a multi-parametric PET/MR imager based on a small-animal dedicated, high-performance, silicon photomultiplier PET system and an ultra-high field (7 T) MR scanner. Excellent performance and stability of the PET system were demonstrated and the PET/MRI combination did not result in significant image quality degradation of either modality. Finally, simultaneous PET/MRI studies in mice demonstrated the feasibility of the developed system for evaluating the biochemical and cellular changes in a brain tumor model and facilitating the development of new multimodal imaging probes. Parts of the results in this thesis have been published in the following papers: ● Ko GB et al. Development of a front-end analog circuit for multi-channel SiPM readout and performance verification for various PET detector designs. Nucl Instr and Meth A. Mar 2013