| 研究課題/領域番号 |
23H00278
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
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| 研究分担者 |
武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40736667)
豊川 秀訓 甲南大学, 自然科学研究科, 特別研究員 (60344397)
人見 啓太朗 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60382660)
上ノ町 水紀 東京科学大学, 総合研究院, 特任助教 (70913458)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
47,060千円 (直接経費: 36,200千円、間接経費: 10,860千円)
2025年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
2024年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2023年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
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| キーワード | コンプトンカメラ / 臭化タリウム / 核医学 / ガンマ線 / Time of Flight / ピクセル検出器 / コンプトンPET |
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| 研究開始時の研究の概要 |
PET(陽電子断層撮像）等の核医学診断は悪性腫瘍早期発見や病気診断において必須の臨床分子イメージング技術であるが、複数分子動態の観測はできない。本研究では申請者らが提案した次世代イメージング技術である複数分子動態撮像が可能なコンプトンPET用の国産透明半導体検出器の研究開発を実施する。具体的には高分解能に必要な透明半導体の高精度化、ピクセル化、読み出し回路技術の開発、透明半導体から発するチェレンコフ光と電荷信号の同時読出を検証することで時間応答、エネルギー応答、位置分解能に優れた素子の研究開発を実施する。これにより将来的に複数分子の同時撮像による医学診断の高度化に寄与する技術を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は「光/電気ハイブリッド透明半導体ピクセルセンサ開発によるコンプトンTOF-PET多分子撮像と医用イメージング革新」である。従来型PETでは実現不可能であった医用多分子同時撮像を新開発するハイブリッド透明半導体（臭化タリウム）コンプトンTOF-PETカメラにより実現する。ハイブリッド透明半導体からのチェレンコフ光読出と電荷読出を同時に行う低ノイズピクセルASIC (Application Specific Integrated Circuit)及び信号処理システムを構築することで、エネルギー分解能、時間分解能 、位置分解能の全てに優れた検出器を開発する。これによりTOF性能を持ったPETと高い角度分解能を有するコンプトンカメラを融合した理想的なTOF型コンプトンPET装置を実現する。本年度は臭化タリウムに最適化した低ノイズピクセルASICの開発を実施した。200μmの１６×16ピクセル臭化タリウム検出器を想定し、信号入射時のトリガーを出力する、プリアンプ、セルフトリガーのコンパレーター、ロジック回路を搭載したCMOS ASIC (TSMC 250nmプロセス)の設計試作を実施した。また単ピクセルを用いて、光と電気の同時読出の試験を実施することでドリフト時間の推定と1%台@662keVの良好なエネルギー分解能の取得に成功した。また標準的な方法としてバンプボンディングを用いた接合を想定しているが、蒸着による方式の検討も行い、低リーク、高抵抗な臭化タリウム膜の作成方法を確立し、イメージセンサと組み合わせることで高解像なX線イメージセンサの開発にも成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は臭化タリウムに最適化した低ノイズピクセルASICの開発を実施した。200μmの１６×16ピクセル臭化タリウム検出器を想定し、信号入射時のトリガーを出力する、プリアンプ、セルフトリガーのコンパレーター、ロジック回路を搭載したCMOS ASIC (TSMC 250nmプロセス)の設計試作を実施した。また単ピクセルを用いて、光と電気の同時読出の試験を実施することでドリフト時間の推定と1%台@662keVの良好なエネルギー分解能の取得に成功した。また標準的な方法としてバンプボンディングを用いた接合を想定しているが、蒸着による方式の検討も行い、低リーク、高抵抗な臭化タリウム膜の作成方法を確立し、イメージセンサと組み合わせることで高解像なX線イメージセンサの開発にも成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は設計開発した臭化タリウム読出専用ASICとピクセル型の臭化タリウムをバンプを用いて接合を試行する。接合においては金やインジウム等の素材を検討する。接合した臭化タリウムピクセル検出器の信号処理システムを開発し、スペクトロメーターとしての性能を確認、評価を実施する。これにより今回開発したASICの問題点を洗い出し、次年度のASICの改良に向けた指針を得ることとする。また薄膜型のX線検出器については引き続いて評価をすすめ、高感度なX線イメージセンサとしての応用を開拓する。加えてチェレンコフ光と電荷信号を複数ピクセルで同時に読出可能な系を確立することで、チェレンコフ光の発生と電荷信号の物理的、空間的な相関を明らかにする基礎実験を実施する。
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