2. 양전자단층촬영(PET)
2) 기본원리
(1) 기본개념
▶ PET은 원자핵 내의 양성자 수에 비해 중성자 수가 상대적으로 적어 불안정한 방사성동위원소인 18F, 11C, 13N, 15O 등을 이용하는 영상법이다. 이러한 방사성동위원소는 원자핵에서 하나의 양성자가 중성자로 변환되면서 양전자를 방출하고 안정된 상태가 된다. 이렇게 방출된 양전자는 일정거리를 비행한 후 원자핵 주변의 전자와 만나 소멸되고, 511 keV의 에너지를 갖는 두 개의 감마선을 방출하게 된다. 이때 두 개의 감마선은 에너지와 운동량 보존법칙에 의하여 아주 적은 오차 범위 내에서 180˚의 반대 방향으로 방출되며, 이들을 동시에 검출하여 감마선이 방출된 방향과 위치를 기록하는 것이 PET 장치이다.
▶ 즉, 두 감마선이 동시에 검출되면 두 검출 위치를 지나가는 직선(linear of reponse, LOR)상에서 두 개의 감마선이 생성되었다는 것을 알 수 있는 것이다. PET은 이러한 원리 때문에 조준기가 필요 없으므로 민감도와 해상도가 단일광자영상장치에 비하여 뛰어난 장점이 있다. 특히 민감도가 우수하므로 빠른 영상획득이 가능하여 방사성추적자의 동태를 실시간으로 기록하고 이를 추적자동영학 기법으로 분석하여 각종 생리 및 생화학적 변수들을 정량화하는데 활용하고 있다.
(2) PET용 방사성동위원소 및 방사성추적자
▶ 현재 가장 널리 사용되는 PET용 방사성동위원소들인 18F, 11C, 13N 등은 반감기가 짧은 것이 특징이고, 이들은 대부분 인체에 필수불가결한 원소여서 이를 표지한 방사성추적자의 생화학적 특성이 매우 우수하다.
그러나 양전자방출 방사성 핵종의 반감기가 짧기 때문에 양성자나 중양자 같은 하전입자를 가속시키고 이를 각종 표적에 충돌시켜 불안정동위원소를 생성하는 사이클로트론과 이들 동위원소를 추적화합물에 빠른 시간 내에 표지할 수 있는 자동화된 방사성동위원소 표지화합물 생성장치를 갖추어야 하는 단점이 있다.
▶ PET 시스템에는 PET 기기 외에도 양전자를 방출하는 의약품을 만들기 위한 사이클로트론이 필요하다.
화합물의 화학합성 과정이 자동화되었으며 사이클로트론의 크기도 소형화되었다. 초소형 사이클로트론과 함께 미세유체(microfluidics) 기술이 적용되어 합성과정의 소형화로 방사성의약품 생산, 품질검사까지 30 ㎥ 크기의 방에 설치 가능한 시스템이 개발되었다.
(천정고 2.3 m인 아파트 기준으로 약 13 ㎡(4평) 넓이)
반면 반감기가 110분인 18F과 발생기(generator)에서 얻을 수 있는 82Rb, 68Ga 등은 사이클로트론을 설치하지 않고도 사용할 수 있다.
(3) 양전자방출 및 PET 물리
▶ PET 시스템 및 영상의 특성을 이해하기 위해서는 이들에 영향을 주는 여러 물리적 요소들에 대한 지식이 필요하다. 이러한 물리적 요소들에는 양전자의 비정거리, 감마선 쌍의 비직선 소멸, 광자와 물질의 상호작용에 의한 산란 및 광전흡수 등이 있다.
가. 비정거리(Positron Range)
원자핵에서 방출된 양전자는 초기의 높은 운동에너지 때문에 주변의 전자와 바로 결합하지 못하고, 상당 거리를 비행하며 주변 원자들과 상호작용을 통하여 점차로 운동에너지를 잃게 된다. 이러한 양전자가 대부분의 운동에너지를 잃어 거의 정지 상태에 도달했을 때 비로소 전자와 만나 쌍소멸이 일어나게 되는데, 이처럼 양전자가 원자핵에서 방출되어 궤도전자를 만나 쌍소멸이 일어날 때까지 비행한 수직거리를 비정거리라 한다.
이러한 비정거리는 양전자가 방출된 위치와 감마선이 생성된 위치 간의 차이를 의미한다. 또한 양전자가 원자핵에서 방출될 때 에너지를 중성미자와 나누어 가지므로 양전자의 에너지가 일정하지 않고, 계속해서 방향을 바꾸며 이동하므로 비정거리는 정확한 예측이 불가능하다. 따라서 비정거리는 PET 영상의 공간해상도를 제한하는 가장 근본적인 요소라 할 수 있다.
초기에 갖는 운동에너지가 높을수록 양전자는 멀리 비행할 수 있으므로 초기 에너지가 높을수록 비정거리는 길어진다.
나. 비직선 소멸(Non-Collinear Annihilation)
PET의 해상도 저하를 가져오는 또 다른 물리적 요인에는 비직선 소멸에 의한 불확실성이 있다.
따라서 이러한 비직선 소멸에 의한 해상도 저하 요인을 최소화하기 위해서는 PET 링의 지름을 최대한 작게 해야 함을 알 수 있다. 그러나 PET 링의 지름이 작아지면 뒤에 설명할 시차 오류에 의한 주변부 시야의 해상도가 저하되므로 이를 유의하여야 한다.
다. 감마선의 비행시간
동시에 발새애한 두 511 keV 감마선은 빛의 속도로 비행하여 PET 시스템에 의해서 검출된다. 이때 두 감마선이 발생하여 검출될 때까지 비행한 시간을 TOF (time of flight)라 하는데, 두 검출기에서 측정된 TOF 시간 차이와 빛의 속도를 곱하면 LOR 상에서 감마선 쌍의 발생 위치를 추정할 수 있다.
라. 참, 산란, 랜덤, 다중 계수
가) 참계수(True count) : 실제로 동시에 발생한 두 개의 511 keV 감마선이 감쇠, 산란 등의 아무런 물리적 영향을 받지 않고 온전하게 검출된 경우를 의미한다.
나) 산란계수(Scattered count) : 컴프턴 산란에 의해서 감마선 방향이 바뀌는 경우 LOR의 검출 위치가 달라진다. 이러한 산란계수는 재구성된 PET 영상의 배경 잡음을 증가시켜 대조도를 감소시킨다.
다) 랜덤계수(Random count) : 랜덤계수 역시 영상 전체에 걸친 배경 잡음을 증가시킨다.
라) 다중계수(Multiple count) : 랜덤계수와 다중계수 모두 시간창이 길수록 방사능이 높을수록 증가하는 특성을 가지고 있다.
예상문제
PET 시스템 및 영상에 영상을 미치는 물리적 요소들 중 다음 그림에 해당하는 것은?
PET 동시계수 4가지
3) PET 및 PET/CT 시스템
(3) PET/CT
▶ PET/CT는 현재 각각의 영상장치를 병렬로 배열하고 많은 방사선량을 사용하는 CT를 먼저 촬영한 후 이어서 PET을 촬영하는 방법을 사용하고 있다.
▶ 또한 이전에는 PET 영상에서 감마선의 감쇠 정도가 체내 위치에 따라 다르고 컴프턴 산란이 배경잡음을 유발하는 문제를 해결하기 위한 투과영상을 외부 감마선원을 이용하여 얻었던 것에 비하여 이를 CT 영상으로 대체함으로써 전체 영상획득에 걸리는 시간을 크게 줄일 수 있게 되었다. 이러한 장점들 때문에 PET/CT는 단독 PET을 빠르게 대체하였다.
(4) PET/MRI
▶ CT에 비해 MRI가 갖는 여러 장점들(다양한 생화학적 특성의 영상을 얻을 수 있고, 방사선피폭이 없으며 연조직 대조도가 높은 점 등)과 전신 MRI의 빠른 발전 등에 힘입어 임상용 PET/MRI 기술이 개발되었다.
그러나 PET에서 전통적으로 사용되고 있는 광전자증배관은 자장에 매우 민감하여 PET을 MRI와 결합하는 것은 PET/CT보다 어려운 문제이다. 광전자증배관을 자장 영향이 없는 MRI실 외부에 설치하고, 섬광결정에서 발생한 가시광선을 광섬유를 이용하여 광전자증배관에 전달해 주는 방법과 자장의 영향을 받지 않는 반도체 광전소자를 이용하는 방법 등이 일체형 PET/MRI 개발을 위해 연구가 활발히 이루어졌다.
▶ 임상용 PET/MRI 시스템
1) 광전자증배관을 이용한 PET과 MRI를 같은 촬영실 안에 분리하여 설치하고 두 스캐너 사이를 셔틀 베드가 이동하는 방식
2) APD나 SiPM과 같은 반도체 광다이오드 기반의 PET을 MRI 내부에 설치하여 두 영상을 동시에 얻는 방식
예상문제
PET/CT 촬영 시 PET과 CT의 촬영 순서를 기술하시오.
PET/CT는 현재 각각의 영상장치를 병렬로 배열하고 많은 방사선량을 사용하는 CT를 먼저 촬영한 후 이어서 PET을 촬영하는 방법을 사용하고 있다.
임상용 PET/MRI 시스템 2가지를 기술하시오.
1) 광전자증배관을 이용한 PET과 MRI를 같은 촬영실 안에 분리하여 설치하고 두 스캐너 사이를 셔틀 베드가 이동하는 방식
2) APD나 SiPM과 같은 반도체 광다이오드 기반의 PET을 MRI 내부에 설치하여 두 영상을 동시에 얻는 방식
4) 데이터 획득
(2) 방출 및 투과스캔
가. 방출스캔(Emission Scan)
나. 투과스캔(Transmission Scan)의 필요성
방출 스캔에서 얻은 원 데이터를 바로 재구성해 보면 감마선의 감쇠 및 산란, 검출 효율의 불균일성 등에 의해서 실제 감마선원의 분포와는 상당한 차이가 난다. 이러한 차이를 보정하기 위해서는 여러 보정 알고리듬의 적용이 필요한데 이 중 감쇠와 산란에 대한 보정을 위해서는 511 keV 감마선에 대한 감쇠계수에 대한 분포를 알아야 한다.
이러한 감쇠계수 분포는 PET/CT의 경우 X-선 CT 영상으로부터 추정할 수 있으며, CT가 없는 경우 외부 감마선원을 이용한 투과스캔과 공백 스캔(blank scan)의 비를 통해서 알 수 있다.
다. 양전자방출선원을 이용한 투과스캔
외부감마선원으로 회전하는 막대선원을 사용하는 것이 보편적인 방법으로 양전자방출선원인 68Ga/68Ge을 사용하거나 에너지가 511 keV와 유사한 단일광자 선원인 137Cs(662 keV)을 사용하는 경우가 있다.
68Ga/68Ge 선원은 511 keV 감마선에 대한 감쇠계수 분포를 직접적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
반면 반감기가 270일로 짧아 선원을 주기적으로 교체해 주어야 하며, 선원에 인접한 검출기에 많은 감마선이 조사되어 불응시간 에러를 일으키므로 사용할 수 있는 방사능에 한계가 있다.
라. 단일광자선원을 이용한 투과스캔
137Cs을 이용한 단일광자 스캔은 하나의 검출기에서만 감마선이 검출되므로 이미 알고 있는 선원의 위치와 감마선 검출 위치를 연결하여 LOR 정보를 얻는 방식을 사용한다. 따라서 선원과 검출기 사이를 차폐하여 사용할 수 있으므로 높은 방사능의 선원을 사용할 수 있고, 높은 에너지로 인체에 대한 투과력이 좋아 검출 효율이 높고 반감기가 매우 길어(30.1년) 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
반면 에너지 차이에 의한 감쇠계수 차이를 보정하여 사용하여야 한다.
PET/CT에서 X-선 CT로 PET 감쇠보정을 하는 경우 별도의 감마선원을 이용한 방출스캔은 생략한다.
예상문제
투과스캔에 이용하는 방사선원과 장단점을 기술하시오.
(1) 양전자방출선원
68Ga/68Ge 선원은 511 keV 감마선에 대한 감쇠계수 분포를 직접적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
반면 반감기가 270일로 짧아 선원을 주기적으로 교체해 주어야 하며, 선원에 인접한 검출기에 많은 감마선이 조사되어 불응시간 에러를 일으키므로 사용할 수 있는 방사능에 한계가 있다.
(2) 단일광자선원
137Cs을 이용한 단일광자 스캔은 하나의 검출기에서만 감마선이 검출되므로 이미 알고 있는 선원의 위치와 감마선 검출 위치를 연결하여 LOR 정보를 얻는 방식을 사용한다. 따라서 선원과 검출기 사이를 차폐하여 사용할 수 있으므로 높은 방사능의 선원을 사용할 수 있고, 높은 에너지로 인체에 대한 투과력이 좋아 검출 효율이 높고 반감기가 매우 길어(30.1년) 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
반면 에너지 차이에 의한 감쇠계수 차이를 보정하여 사용하여야 한다.
6) 영상 보정
▶ 고성능의 소형 PET에서는 인체용 PET에서 중요하지 않았던 여러 물리적 요소들에 대한 고려가 필요하다.
(1) 붕괴보정(Decay Correction)
스캔시간에 비하여 상대적으로 반감기가 짧은 방사성동위원소를 사용하는 PET에서는 방사능 붕괴에 의한 계수율 감소를 보정하는 것이 중요하다. 표준섭취계수(standardized uuptake value, SUV)를 계산함에 있어서도 붕괴보정이 필수이다.
(2) 불응시간보정(Dead-time Correction)
(3) 랜덤보정(Random Correction)
랜덤계수는 동시계수 시간창이 넓어질수록, 방사능의 세기가 셀수록 커지며, 배경 잡음 수준을 증가시키게 된다.
(4) 정규화보정(Normalization Correction)
정규화 보정이란 각 PET 검출기 쌍에 검출되는 LOR 검출빈도의 불균일성을 보정하는 것을 의미한다. 이러한 LOR 검출의 불균일성은 주로 각 검출기의 감마선 검출효율 차이, 각 검출기 쌍이 갖는 서로 다른 기하학적 환경, 블록 내에서의 섬광결정의 위치에 따른 검출효율의 변동 등이 그 원인이 된다.
(5) 산란보정(Scatter Correction)
산란계수는 PET 영상의 질을 저하시키는 주요한 요인 중 하나로, 3D PET의 경우 전체 동시계수의 절반 정도를 차지할 정도로 그 영향이 크다.
PET에서 감마선의 산란은 피사체 내에서 일어나기도 하고 섬광결정 내에서 일어나기도 하는데, 두 경우 모두 감마선이 산란을 일으키며 에너지를 잃고 잃어버린 에너지가 산란각과 일정한 관계를 갖는 컴프턴 산란이 주를 이룬다.
가. 산란의 종류와 특성
피사체 내에서 산란이 일어나면 잘못된 LOR 위치 정보를 제공하므로 산란보정의 주요한 대상이 된다.
섬광결정에서 산란된 감마선이 해당 섬광결정을 벗어나 다른 섬광결정에서 추가적인 산란을 일으키거나 흡수되는 경우를 'inter-crystal scattering'이라 하는데, 이 경우 흡수된 에너지를 가중치로 하는 보간법에 의해서 감마선 검출 위치를 결정하는 PET 위치결정 회로의 특성상 정확한 검출 위치 추정이 어려우며 LOR 위치 오류를 일으켜 이 역시 보정의 대상이 된다.
상대적으로 크기가 큰 섬광결정을 사용하는 인체용 PET에서는 피사체에서 일어나는 산란이 주요 고려대상
나. 피사체 밖의 산란계수 활용법
다. 에너지 기반 산란보정
산란이 일어나며 에너지를 잃는 컴프턴 산란이 주를 이루므로 검출된 감마선의 에너지 정보를 이용하여 산란계수를 제거하는 방법이 PET에서도 적용가능하다.
라. 중첩적분 기반 산란보정
마. 시뮬레이션 기반 산란보정
PET 산란계수 중 3/4 이상은 두 감마선 중 하나만 컴프턴 산란을 일으킨 경우이다. 따라서 검출된 산란계수에 대해서 하나의 감마선만 산란을 일으켰다고 가정하면 각 LOR에 대한 산란계수율을 수식적으로 어렵지 않게 유도할 수 있다. 이러한 방식으로 산란계수 분포를 추정하는 방법을 단일산란 시뮬레이션 기법(single scatter simulation technique)이라 하며 정확하면서도 빠른 계산이 가능하고 잡음성분이 거의 없어 최근 널리 사용되고 있다.
몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션 기법을 이용하면 보다 정확한 산란계수 분포를 추정할 수 있다. 그러나 충분한 영상 질을 얻기 위해서는 계산시간이 오래 걸리는 제한점이 있다.
(6) 감쇠보정(Attenuation Correction)
감쇠보정이란 광자가 매질을 통과할 때 광전효과, 컴프턴 산란 등으로 인해서 검출기에 도달하지 못하는 확률을 보장하는 것을 의미한다.
가. PET 감쇠 현상의 특징
감마선은 에너지가 높을수록 물질에 대한 투과율이 높다. 따라서 511 keV 에너지를 갖는 감마선을 사용하는 PET에서 감쇠현상은 보다 낮은 에너지를 사용하는 단일광자 영상에 비해서 감쇠현상에 의한 영향이 적을 것이라 생각할 수 있다. 실제로 하나의 감마선에 대한 감쇠 정도는 단일광자 영상에 비해서 적다. 그러나 PET은 두 개의 감마선이 모두 검출되어야 동시계수가 성립되므로 둘 중 하나의 감마선만 소실되어도 감쇠된 것으로 봐야 하므로 감쇠현상이 단일광자 영상에 비해서 더 심하고 따라서 감쇠보정이 필수적이다.
전신 [18F]FDG PET 영상에서는 감쇠보정을 하지 않은 경우 체표면 및 폐 계수가 강조되어 보이는 등 실제 포도당 대사 분포와 다른 양상을 보이므로 PET 계수의 정량적 비교가 불가능하다.
나. 감마선원을 이용한 감쇠보정
양전자 방출선원인 68Ga/68Ge이나 단일광자 선원인 137Cs (662 keV)을 사용한 투과스캔을 통해서 직접적인 감쇠보정이 가능하다.
방사성추적자를 주입하기 전에 투과스캔을 하는 것이 가장 정확하나, 방출스캔 후에 또는 방출스캔과 동시에 투과스캔을 얻으면 전체 검사 시간을 단축할 수 있다.
다. X-선원을 이용한 감쇠보정
PET/CT 시스템에서는 CT 영상을 단순히 선형 변환하여 PET의 감쇠 및 산란보정에 사용할 수 있다.
CT 영상을 사용하는 경우 전체 검사 시간을 단축할 수 있으며, 감마선원을 이용한 투과영상에 비해서 CT 영상의 잡음 특성이 훨씬 좋으므로 보정된 방출 PET의 질도 보다 우수하다.
반면 CT와 PET 영상의 불일치로 인한 영상 왜곡이 생길 수 있다. 특히 호흡으로 인한 움직임이 심한 폐의 하부나 간의 상부, 그리고 움직이는 장기인 심장 영상 등에 이러한 왜곡이 일어날 수 있으므로 주의가 필요하다.
라. 방출영상만을 이용한 감쇠보정
뇌와 같이 상대적으로 균일한 감쇠계수 분포를 갖는 경우
마. MRI를 이용한 감쇠보정
PET/MRI 시스템에서는 MRI 영상을 몇 개의 영역으로 분할한 후 각 영역에 이미 아려진 감쇠계수를 할당하여 감쇠계수 맵을 만드는 방법을 사용한다.
MRI에서 각 장기와 조직을 자동으로 완벽하게 분할하는 것은 매우 어려우므로, 전신영상은 대략 물/지방/폐/공기 또는 연조직/폐/공기 정도로 분할하는 방법을 사용한다. 물과 지방은 감쇠계수가 다르므로 이 둘을 분리하는 것이 더 바람직한데, 이를 위해서 Dixon MRI 시퀀스를 사용한다.
뼈에서 감마선 감쇠가 가장 심하게 일어나나 현재의 기술로는 전신 MRI 영상에서 뼈 위치정보를 정확히 추출하는 것이 어렵다. 따라서 전신 PET/MRI에서는 뼈에 대한 감쇠보정이 정확하게 이루어지지 않으므로 이에 따른 PET 영상의 정량적 오차를 고려해야 한다.
뇌 PET/MRI 영상에서는 UTE (ultra-short echo time) 시퀀스를 사용하여 뼈 영역에 대한 정보를 얻거나, 표준판 기반의 감쇠계수 맵을 얻는 방법이 사용되고 있다.
예상문제
감마선은 에너지가 높을수록 물질에 대한 투과율이 높다. 511 keV 에너지를 갖는 감마선을 사용하는 PET에서 감쇠현상이 보다 낮은 에너지를 사용하는 단일광자 영상에 비해서 감쇠현상에 의한 영향이 심한 이유를 서술하시오.
감마선은 에너지가 높을수록 물질에 대한 투과율이 높다. 따라서 511 keV 에너지를 갖는 감마선을 사용하는 PET에서 감쇠현상은 보다 낮은 에너지를 사용하는 단일광자 영상에 비해서 감쇠현상에 의한 영향이 적을 것이라 생각할 수 있다. 실제로 하나의 감마선에 대한 감쇠 정도는 단일광자 영상에 비해서 적다. 그러나 PET은 두 개의 감마선이 모두 검출되어야 동시계수가 성립되므로 둘 중 하나의 감마선만 소실되어도 감쇠된 것으로 봐야 하므로 감쇠현상이 단일광자 영상에 비해서 더 심하고 따라서 감쇠보정이 필수적이다.
7) 고성능 소형 PET
▶ 고성능의 소형 PET에서는 인체용 PET에서 중요하지 않았던 여러 물리적 요소들에 대한 고려가 필요하다.
(1) PET의 물리적 특성 결정 요인
가. 공간해상도
PET의 공간해상도를 향상시키기 위해서는 링의 지름을 최소화해야 하며(비선형 소멸에 의한 오류를 줄이기 위해), 섬광결정의 단면적이 작아지면 섬광블록 내에서 섬광결정이 차지하는 상대적인 비율이(packing fraction) 줄어들게 되어(반사체의 비중이 높아지므로) 감마선 검출효율이 떨어지게 되므로 섬광체의 비율은 유지하면서 섬광결절의 단면적을 줄이는 것이 중요하다.
나. 민감도
민감도를 향상시키기 위해서는 섬광체 비율뿐 아니라 섬광체의 검출효율과 PET 실린더의 입체각을 최대화해야 한다. 감마선 검출의 입체각을 향상시키기 위해서는 실린더의 길이는 유지하면서 직경을 작게 하면 된다. 그리고, 섬광체의 검출효율을 좋게 하기 위해서는 섬광체의 길이를 늘려야 하나, 섬광체의 길이가 길어지면 시차오류(parallax error)가 생기므로 주의하여야 한다.
(2) 시차오류와 반응깊이 결정
가. 시차오류
이처럼 PET의 공간해상도와 민감도를 높이기 위해서는 검출기 링의 직경을 최소화하고 감마선 검출을 위한 섬광결정의 단면 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 검출기 링 직경에 비해 섬광결정의 길이가 상대적으로 길어지므로 시야 주변부에서 섬광결정의 표면이 아닌 측면으로 들어와 검출되는 감마선의 양이 많아져 시야 주변부의 공간해상도가 급격히 나빠지는 시차오류가 문제가 된다.
나. 반응깊이 결정
섬광결정의 길이를 줄여 이러한 오차를 방지할 수 있으나 이는 민감도의 저하를 가져오므로 최적의 방법은 아니다. 이에 대한 또 다른 해결책으로는 섬광결정 내에서 감마선이 검출된 깊이 정보(depth of interaction, DOI)를 측정하고 이를 영상재구성 과정 중에 처리하여 공간해상도를 향상시키는 방법을 들 수 있다.
이러한 DOI 측정을 위하여 여러 가지 방법들이 제안되었는데 그중 가장 대표적인 것으로는
① 붕괴시간이 다른 두 결정을 길이 방향으로 접합하여 방출되는 신호의 붕괴시간(decay time)이 다름을 이용하는 방법
② 같은 종류의 결정을 두 개의 층으로 나누고 두 층간의 섬광결정들을 맞비겨(offset) 배열하여, 평면영상에서 섬광 결정의 층을 결정하는 방법
예상문제
PET의 공간해상도와 민간도를 높이기 위한 방법과 그로인해 나타날 수 있는 문제를 기술하시오.
PET의 공간해상도를 향상시키기 위해서는 링의 지름을 최소화해야 하며(비선형 소멸에 의한 오류를 줄이기 위해), 섬광결정의 단면적이 작아지면 섬광블록 내에서 섬광결정이 차지하는 상대적인 비율이(packing fraction) 줄어들게 되어(반사체의 비중이 높아지므로) 감마선 검출효율이 떨어지게 되므로 섬광체의 비율은 유지하면서 섬광결절의 단면적을 줄이는 것이 중요하다.
민감도를 향상시키기 위해서는 섬광체 비율뿐 아니라 섬광체의 검출효율과 PET 실린더의 입체각을 최대화해야 한다. 감마선 검출의 입체각을 향상시키기 위해서는 실린더의 길이는 유지하면서 직경을 작게 하면 된다. 그리고, 섬광체의 검출효율을 좋게 하기 위해서는 섬광체의 길이를 늘려야 하나, 섬광체의 길이가 길어지면 시차오류(parallax error)가 생기므로 주의하여야 한다.
이처럼 PET의 공간해상도와 민감도를 높이기 위해서는 검출기 링의 직경을 최소화하고 감마선 검출을 위한 섬광결정의 단면 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 검출기 링 직경에 비해 섬광결정의 길이가 상대적으로 길어지므로 시야 주변부에서 섬광결정의 표면이 아닌 측면으로 들어와 검출되는 감마선의 양이 많아져 시야 주변부의 공간해상도가 급격히 나빠지는 시차오류가 문제가 된다.
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