هل يمكن أن تحسن أجهزة كشف البيروفسكايت من الجيل التالي التصوير السريري بالأشعة السينية؟

تمتلك كاشفات الأشعة السينية القائمة على البيروفسكايت الكثير لتقدمه في مجال التصوير التشخيصي: تكاليف إنتاج منخفضة ، وتحويل مباشر ، وكفاءة امتصاص عالية ، ودقة مكانية فائقة مقارنة بأجهزة الكشف الموجودة. ولكن بينما تم إثبات هذه المزايا في الدراسات السابقة ، لم يحدد الباحثون بعد ما إذا كانت تترجم إلى تحسينات في التطبيقات السريرية.

للتحقيق في هذه الإمكانات بمزيد من العمق ، قام الباحثون في التصوير بالأشعة السينية والتصوير التجريبي للسرطان (اكسايت) أجرى مختبر في جامعة فيكتوريا في كندا تجارب سريرية افتراضية على أجهزة الكشف عن البيروفسكايت من الجيل التالي المدمجة في أجهزة التصوير بالأشعة السينية الشائعة ، حيث أبلغوا عن نتائجهم في الفيزياء في الطب وعلم الأحياء.

درس الفريق بروميد الرصاص الميثيل أمونيوم البلوري من البيروفسكايت (MAPbBr₃) ، والذي يجمع بين قابلية تنقل حامل الشحنة العالية والعمر الحامل الطويل ، مما يجعله شديد الحساسية لفوتونات الأشعة السينية العارضة. في الواقع ، بعض MAPbBr₃ تظهر البلورات أداءً مكافئًا لأداء تيلورايد الزنك الكادميوم (CZT) ، وهي مادة واعدة تستخدم في تقنيات التصوير الطبي المتطورة مثل التصوير المقطعي المحوسب لعد الفوتون.

لتحديد تطبيقات التصوير التي قد تناسب كاشفات البيروفسكايت ، استخدم الباحثون عمليات محاكاة TOPAS Monte Carlo (MC) لحساب كفاءة ترسيب الطاقة (EDE ، جزء الطاقة الممتصة بالنسبة إلى طاقة الحادث) لـ MAPbBr₃، لسماكات الكريستال بين 40 و 15 ملم وطاقات الشعاع من 20 كيلوفولت إلى 6 إلكترون فولت.

قارنوا النتائج بأربع مواد كاشف أخرى: السيلينيوم غير المتبلور (a-Se) ، الذي يشيع استخدامه في التصوير الشعاعي للثدي. يوديد السيزيوم (CsI) ، مادة الكاشف القياسية للكيلوفولتية المقطعية (kV) CT ؛ أوكسي كبريتيد الجادولينيوم (GOS) ، كما هو مستخدم في التصوير بالكيلو فولت والجهد الكبير (MV) ؛ و CZT.

بسبب محتوى الرصاص في MAPbBr₃، أظهر البيروفسكايت أعلى امتصاص للطاقة لجميع أجهزة الكشف في نطاق طاقة التصوير الشعاعي للثدي. بالنسبة للتصوير MV ، كان CZT فقط يتمتع بأداء EDE متفوق ، بينما بالنسبة للتصوير kV ، لم يكن أداء البيروفسكايت جيدًا بشكل عام مثل الآخرين. بناءً على هذه النتائج ، اختار الفريق ثلاثة أنظمة تصوير لدراستها: جهاز التصوير المقطعي المحوسب للثدي المخصص من كونينغ ، وأنظمة Varian's Truebeam kV و MV cone-beam CT (CBCT).

يوضح المؤلف الأول: "حفزت عمليات محاكاة EDE على تضمين التصوير المقطعي المحوسب للثدي ، وهو نظام تصوير أكثر تخصصًا لم نكن لنحاكيه بطريقة أخرى" أريحا أوكونيل. "كان من الممكن تضمين أنظمة kV- و MV-CBCT بغض النظر ، لأنها أجزاء رئيسية من سير عمل العلاج الإشعاعي."

التجارب السريرية الافتراضية

استخدم O'Connell وزملاؤه محاكاة Fastcat hybrid MC لتحسين تصميم كاشف البيروفسكايت لكل تطبيق. من خلال تعظيم الكفاءة الكمية الاستقصائية (DQE ، كفاءة تحويل إشارة الإدخال إلى صورة الإخراج) ، قاموا بحساب السماكات المثلى لبلورات البيروفسكايت مثل 0.30 و 0.86 و 1.99 مم للثدي CT و kV- و MV-CBCT ، على التوالى. ثم استخدموا هذه الكواشف الخاصة بالجهاز في سلسلة من التجارب السريرية الافتراضية.

بالنسبة لتجربة التصوير المقطعي المحوسب للثدي ، قام الباحثون بمحاكاة شبح للثدي مع تكلسات دقيقة مصورة باستخدام كاشف CsI الافتراضي وكاشف البيروفسكايت بنفس درجة البكسل (0.194 ملم). زاد كاشف البيروفسكايت من التباين في التكلسات الدقيقة بنسبة 87٪ ، مما تصور بوضوح الآفة المتكلسة التي تم تعريفها بشكل سيئ باستخدام كاشف CsI. يمكن أن يتيح ذلك تحديدًا أكثر دقة لمثل هذه الهياكل في فحص سرطان الثدي عند استخدام كاشف البيروفسكايت ، والذي يمكن تصنيعه بتكلفة أقل من CsI.

في التجارب الافتراضية kV و MV CBCT ، صور الباحثون شبح رأس XCAT. في كلتا الحالتين ، قام كاشف البيروفسكايت بتحسين جودة الصورة بشكل كبير مقارنة بالكاشفات الافتراضية. في صور kV ، تم تحسين الدقة المكانية في ميزات العظام الدقيقة وتباين الأنسجة بشكل كبير باستخدام كاشف البيروفسكايت ، مما أدى إلى زيادة CNR في الدماغ والجمجمة بنسبة 8 ٪ و 13 ٪ على التوالي ، مقارنة بكاشف CsI.

ركزت صورة MV على منطقة الجمجمة التي تحتوي على حشوات فضية من شأنها أن تنتج بشكل عام قطع أثرية كبيرة في صور kV. أدت الكفاءة العالية لكاشف البيروفسكايت مقارنة بكاشف GOS إلى تحسن كبير في CNR وتمكين صورة الفك الخالية من القطع الأثرية. يشير الباحثون إلى أن التباين المحسن في صور MV-CBCT مع كاشف البيروفسكايت يمكن أن يتيح تصوير المرضى على آلات العلاج الإشعاعي بدون جهاز تصوير على متن الطائرة kV ، كما هو الحال بالنسبة لمعظم الأنظمة في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل.

تؤدي الطباعة ثلاثية الأبعاد للبيروفسكايت على الجرافين إلى إنشاء كاشف للأشعة السينية شديد الحساسية

أدى استبدال أجهزة الكشف الحالية على أجهزة التصوير المقطعي المحوسب للثدي و kV-CBCT و MV-CBCT بأجهزة الكشف عن البيروفسكايت المُحسَّنة إلى تحسين DQE لهذه الأنظمة بنسبة 12.1٪ و 9.5٪ و 86.1٪ على التوالي. وخلص الباحثون إلى أن "أجهزة الكشف عن البيروفسكايت تعمل بشكل أفضل من أجهزة الكشف الحالية في تطبيقات التصوير المقطعي المحوسب للثدي و kV-CBCT ، وهي أفضل بكثير من كاشفات MV-CBCT الحالية من حيث CNR و DQE".

بعد ذلك ، يخطط الفريق لإنشاء نموذج أولي لأجهزة الكشف المسطحة القائمة على البيروفسكايت للتحقق تجريبيًا من التجارب الافتراضية. "نحن متحمسون للإبلاغ عن أننا أرسلنا بلورات للحصول على نموذج أولي للكاشف المنقسم من خلال حساسات AYيقول أوكونيل عالم الفيزياء. "ترقبوا التوصيف التجريبي للكاشف النموذجي."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/could-next-generation-perovskite-detectors-improve-clinical-x-ray-imaging/