| 초록 |
연구개요 ㅇ Time over threshold(TOT) 방법을 적용한 아날로그프론트앤드회로(AFE)는 검출한 신호의 폭을 계산하여 ADC 없이 TDC만으로 감마선의 에너지와 시간 정보를 획득할 수 있지만 선형성이 낮아 에너지 정보에 대한 정확성이 떨어지는 단점이 있음. ㅇ 양극성 신호를 이용한 TOT 기반 AFE 방법은 단극성 신호를 양극성 신호로 변환한 뒤 양극의 신호 폭을 각각 출력하는 방법을 적용하여 기존 TOT 방법의 비선형성을 개선할 뿐 아니라 시간분해능을 대폭 향상시킬 수 있어 기존 TOT 방식의 장점을 유지할 수 있으며 단점을 극복할 수 있는 기술임. ㅇ FPGA 기반 TDC는 양극성 신호를 이용한 AFE에서 출력된 신호의 폭을 계산할 수 있으며 다채널 확장에 용이하여 본 연구의 목표인 저가·고성능 핵의학영상기기를 위한 아날로그 및 디지털 신호처리회로를 개발할 수 있는 기술임. 연구 목표대비 연구결과 ㅇ 검출기의 단극 신호를 양극성 신호로 변환한 뒤 양극에 걸리는 문턱전압에 의해 출력되는 두 개의 비교기 신호 폭을 계산하여 감마선의 에너지, 시간 정보를 획득하는 양극성 신호를 이용한 TOT 기반 AFE를 개발하였으며, 성능 측정 결과 10.4% 에너지분해능과 168 ps 시간분해능, 98.6% 에너지선형성을 획득하여 기존 TOT 기반 AFE 대비 각각 8%, 45%, 17%의 향상된 성능을 검증하였음. ㅇ FPGA 내부 logic block과 resistor를 사용하여 100 ps 이하의 내인성 시간분해능을 가지는 TDC를 개발하였으며, 핵의학영상기기에 적용하기 위하여 16채널 TDC로 확장 설계하였음. 16채널 TDC의 내인성 시간분해능은 평균 51 ps로 연구 목표를 달성하였음. ㅇ 본 과제에서 개발한 양극성 신호를 이용한 TOT 기반 AFE와 FPGA 기반 TDC의 유용성을 검증하기 위하여 원리검증용 핵의학영상기기 시스템을 제작하였으며, 13.5%의 평균 에너지분해능과 168 ps의 시간분해능, 2.7 mm의 공간분해능을 획득하여 본 연구의 유용성을 검증하였음. 연구개발결과의 중요성 ㅇ 양극성 신호를 이용한 AFE와 FPGA 기반 TDC 개발 기술은 기존 TOT인 비선형성을 개선할 뿐만 아니라, 시간분해능과 채널 확장성을 동시에 향상시킬 수 있는 진일보한 방법으로 큰 폭의 시장성장이 예상되는 핵의학영상기기 개발에 핵심 기술로 향후 기술 경쟁력 향상에 이바지할 것임. ㅇ 본 과제에서 개발한 저가·고성능 아날로그 및 디지털 신호처리회로는 기존 핵의 학영상기기 대비 생산 단가를 큰 폭(50% 이상)으로 감소시킬 수 있으며, 향상된 시간분해능을 바탕으로 time of flight (TOF) 기술을 적용한다면 신호대비잡음비를 non-TOF 대비 3배 이상 향상시킬 수 있음. ㅇ 수입 비중이 매우 높은 핵의학영상기기의 신호처리 핵심기술을 확보하여, 향후 형성될 핵의학영상기기 국내 개발에 초석을 다지며 선진국과의 기술 경쟁력을 확보할 수 있음. (출처 : 요약문 2p) |
