초록 ▼

본 연구는 기존의 핵의학 감마 탐지기나 체외용 감마카메라를 넘어, 내시경 점막절제술 및 점막하박리술(EMR/ESD) 기법을 극대화할 수 있는 내시경 탑재형 연성 핵의학 베타(양전자) 내시경 기술 개발을 목표로 하였음
Micro-PD 기법을 이용한 CaF2(Eu) 섬광결정 개발
- 고성능 베타입자 전용 섬광 단결정 성장
주문형반도체(application specific integrated circuit, ASIC) 및 데이터수집장치(DAQ) 설계/제작
- 베타 탐지기에 최적화된 저전력 다채널 ASIC 전처리 회로

본 연구는 기존의 핵의학 감마 탐지기나 체외용 감마카메라를 넘어, 내시경 점막절제술 및 점막하박리술(EMR/ESD) 기법을 극대화할 수 있는 내시경 탑재형 연성 핵의학 베타(양전자) 내시경 기술 개발을 목표로 하였음
Micro-PD 기법을 이용한 CaF2(Eu) 섬광결정 개발
- 고성능 베타입자 전용 섬광 단결정 성장
주문형반도체(application specific integrated circuit, ASIC) 및 데이터수집장치(DAQ) 설계/제작
- 베타 탐지기에 최적화된 저전력 다채널 ASIC 전처리 회로 설계/제작
- 전처리 회로의 신호획득 및 저장을 위한 데이터수집장치(DAQ)보드 제작
고해상도 Phoswich 검출기 제작
- 반도체광증배소자(SiPM)-섬광결정 기반 방사선 검출기 설계
- 내시경 탑재 가능한 소형 베타 검출기 제작
- 2층 섬광결정 구조(Phoswich) 검출기 제작 및 파형구별법(PSD) 적용을 통한 베타입자, 감마선 구분
베타연성 내시경 시스템 개발
- 소형 연성 베타 탐지기용 기구부 설계 및 제작
- DAQ, 제어부 및 GUI 개발
중형 동물 전임상 실험을 통한 종양 탐색능 평가
SCI 논문 6건 게재, 국내 특허 출원 5건, 해외 특허 출원 (PCT) 1건, 기술 이전 3건, 수 상실적 1건

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Development of CaF2(Eu) scintillator
■ Characteristics and growth preparation of CaF₂(Eu)
- General characteristics of CaF₂(Eu) are as follows : melting point 1420 ℃, density 3.18 g/cm³, wavelength of peak emission 430nm, decay time 950ns, light y

Ⅳ. Results
Development of CaF2(Eu) scintillator
■ Characteristics and growth preparation of CaF₂(Eu)
- General characteristics of CaF₂(Eu) are as follows : melting point 1420 ℃, density 3.18 g/cm³, wavelength of peak emission 430nm, decay time 950ns, light yield 19000 ph/MeV, no hygroscopicity
■ Performance verification of CaF₂(Eu)
- Energy resolution and decay time were measured by using ⁴¹Am radioactive isotopes.
- The performance of CaF₂(Eu) are as follows : energy resolution 53.5%@59.5 keV, decay time 715 ns

ASIC preprocessing circuit
■ Design and fabrication of ASIC preprocessing circuit
- Design Charge-Sensitive Preamplifier using a Telescopic structure
- The input signal is amplified via the Telescopic cascode and then transmitted to the next circuit via the by-pass moscap and source follower
- The performance of chip verified through simulation is as follows: Voltage gian 50~60dB, Phase margin (@ Input capacitance 800pF) 74.59° @ R_f=1.10×10⁸Ω, Input capacitance range 66.2pF ~ 1nF or more, Inpur reference noise 12.78pΑ/√Ηz ~ 1.21nΑ/√Ηz, Power consumption 2.56×10^-4W (Current consumption 1.42×10^-4Α), Area 72.7㎛×42.01㎛(Amplifier) + 66.25㎛×40.85㎛(Bias)
■ Performance verification of ASIC preprocessing circuit
- Developed Transimpedance Amplifier (TIA) using designed ASIC chip
- The performance of the designed ASIC chip is shown as gain (80.2 dB), bandwidth (198 MHz), and phase margin (66.3 °).
- Power consumption is 6 mA/ch ~ 10 mA/ch, which shows better power consumption than the research goals (30 mA/ch).

Development of flexible beta endoscopy system for EMR/ESD
■ Development of γ/β+ waveform discrimination algorithm
- When designing scintillator with the phoswich structure of CaF₂(Eu) and GSO, positron creates a pair of 511 keV γ-ray by pair annihilation. Since the directions of the two γ-ray are 180°, one of the two γ-ray reacts with GSO.
- Waveform can be distinguished by the difference in the shape of the signal generated from CaF₂(Eu) scintillator and GSO scintillator.
- The PSD parameter is defined as peak (signal length) and Qlong (signal size), which are different for each scintillator, and it is used to distinguish between positron and gamma.
- Algorithm is optimized by experiments with Na-22 gamma source and Na-22 positron source.
■ Design and fabrication of flexible beta endoscopy
- Detector is made up of SiPM, scintillator, preprocessing circuit and FPGA.
- Preprocessing circuit consists of SiPM signal receiving part, power supply part, temperature measuring part, Voltage Sensitive Preamplifier (VSP) and Output.
- DAQ system is manufactured using ADC-SOC (TERASIC) of FPGA, and GUI is manufactured via QT.
■ Performance verification of flexible beta endoscopy
- Na-22 positron source is used to evaluate flexible beta endoscopy.
- The performance of the flexible beta endoscopy is as follows: diameter 3 mm, length over 3 m, maximum counting rate 400 kHz, refresh rate 1 sec.

Clinical evaluation for flexible beta endoscopy
■ Evaluation of tumor navigation function through clinical experiment on esophagus cancer of medium-sized animal
- The tumor navigation rate of the flexible beta endoscopy was measured using medium-sized animal with skin cancer.
- Preclinical evaluation results show that 100% tumor navigation rate for 10 tumors.

(출처 : SUMMARY 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 13
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 14
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22
• 1절 CaF₂(Eu) 섬광결정 성장 ... 22
• 2절 ASIC 전처리 회로 설계 및 제작 ... 26
• 3절 베타 연성 탐지기 개발 ... 33
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 47
• 1절 목표 ... 47
• 2절 목표달성도 ... 47
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 50
• 1절 활용계획 ... 50
• 2절 기대효과 ... 54
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 55
• 제7장 연구장비의 구축 및 활용 결과 ... 56
• 끝페이지 ... 57