Development and Performance Test of Preamplifier and Amplifier for Gamma Probe

감마프로브용 전단증폭기와 주증폭기의 개발과 성능 평가

Purpose: Preamplifier and amplifier are very important parts for developing a portable counting or imaging gamma probe. They can be used for analyzing pulses containing energy and position information for the emitted radiations. The commercial Nuclear Instrument Modules (NIMs) can be used for processing these pulses. However, it may be improper to use NIMs in developing a portable gamma probe, because of its size and high price. The purpose of this study was to develop both preamplifier and amplifier and measure their performance characteristics. Materials and Methods: The preamplifier and amplifier were designed as a charge sensitive device and a capacitor resistor-resistor capacitor (CR-RC) electronic circuit, respectively, and they were mounted on a print circuit board (PCB). We acquired and analyzed energy spectra for Tc-99m and Cs-137 using both PCB and NIMs. Multichannel analyzer (Accuspec/A, Canberra Industries Inc., Meriden Connecticut, U.S.A) and scintillation detectors (EP-047(Bicron Saint-Gobain/Norton Industrial EP-047 (Ceramics Co., Ohio, U.S.A) with $2"{\times}2"$ NaI(T1) crystal and R1535 (Hamamatsu Photonics K.K., Electron Tube Center, Shizuoka-ken, Japan) with $1"{\times}1"$ NaI(T1) crystal were used for acquiring the energy spectra. Results: Using PCB, energy resolutions of EP-047 detectors for Tc-99m and Cs-137 were 12.92% and 5.01%, respectively, whereas R1535 showed 13.75% and 5.19% of energy resolution. Using the NIM devices, energy resolutions of EP-047 detector for Tc-99m and Cs-137 were measured as 14.6% and 7.58%, respectively. However, reliable energy spectrum of R1535 detector could not be acquired, since its photomultiplier tube (PMT) requires a specific type of preamplifier. Conclusion: We developed a special preamplifier and amplifier suitable for a small sized gamma probe that showed good energy resolutions independent of PMT types. The results indicate that the PCB can be used in developing both counting and imaging gamma probe.

목적: 핵의학장비를 구성하는 신호처리단의 전단증 폭기와 주증폭기는 방사선의 에너지 정보를 주는 펄스를 분석하는데 중요한 부분이다. 이러한 신호처리부분들은 대부분 크기가 표준화된 상용의 Nuclear Instrument Module (NIM)을 사용한파. 그러나, NIM은 이동형 감마프로브에 사용하기에는 너무 부피가 커서 부적합한 편이다. 이를 위해 본 연구는 이동형 감마프로브에 적합한 소형화된 전단증폭기와 주증폭기를 자체 제작하여 성능평가를 하였다. 대상 및 방법: 본 연구에서 제작된 전단증폭기는 전하민감형 전단증폭기였으며, 주증폭기는 capacitor resistor-resistor capcitor (CR-RC) 회로를 이용하여 제작되었다. 제작 후 성능평가를 위해 $2"{\times}2"$ NaI(T1) 섬광체가 부착된 EP-047 (Bicron Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Co., Ohio, U.S.A) 검출기와 $1"{\times}1"$ NaI(T1) 섬광체가 부착된 R1535 (Ha-mamatsu Photonics K.K., Electron Tube Center, Shizuoka-ken, Japan) 검출기를 다중채널분석기인 AccuSpec/A (Canberra Industries Inc., Meriden Conneticut, U.S.A)를 이용 에너지 스펙트럼을 얻었다. NIM은 TC 145 (Oxford Instruments Inc., Oak Ridge, U.S.A)와 TC241 (Oxford Instruments Inc., Oak Ridge, U.S.A)을 이용하였다. 에너지 스펙트럼은 37 kBq ($1{\mu}Ci$) Cs-137과 2.96 MBq ($80{\mu}Ci$) Tc-99m의 방사선원을 이용하여 250초씩 얻었다. 결과: 자체 제작한 진단증폭기와 주증폭기를 EP-047 검출기와 연결하여 얻은 Tc-99m (140 keV)과 Cs-137 (662 keV)의 에너지 분해능은 각각 12.92%, 5.01%이었으며, R1535 검출기를 연결하여 얻은 Tc-99m과 Cs-137의 에너지 분해능은 각각 13.75%, 5.19%이었다. 그리고 NIM을 EP-047 검출기와 연결하여 얻은 Tc-99m과 Cs-137의 에너지 분해능은 14.6%, 718%이었으나, R1535 검출기를 연결하여 얻은 Cs-137 에너지 스펙트럼은 광봉우리 위치가 변화되어 안정되지 못하였고, Tc-99m의 에너지 스펙트럼은 쉽게 얻을 수 없었다. 결론: 본 연구에서 자체 제작한 전단증폭기와 주증폭기는 광증배관의 종류에 관계없이 우수한 성능을 보여주었다. 결론적으로, 본 연구에서 제작한 전단증폭기와 주증폭기는 소형화된 계수용 감마프로브와 영상용 감마프로브에 활용하는데 유용할 것이라고 사료된다.