أجهزة كشف الأشعة السينية المرنة تصطف للتصوير الطبي والعلاج الإشعاعي – عالم الفيزياء

تلعب أجهزة الكشف عن الأشعة السينية دورًا رئيسيًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية، بما في ذلك التصوير التشخيصي وقياس جرعات العلاج الإشعاعي والحماية الشخصية من الإشعاع. تتطلب العديد من هذه التطبيقات أجهزة كشف ذات مساحة كبيرة يمكن أن تتوافق بمرونة مع الأسطح المنحنية. لكن معظم أجهزة الكشف عن الأشعة السينية التجارية تكون قاسية، ومستهلكة للطاقة، ومكلفة التصنيع في مناطق واسعة.

أحد البدائل هو أشباه الموصلات العضوية، والتي يمكن استخدامها لإنشاء أجهزة إلكترونية بصرية واسعة النطاق عبر تقنيات تصنيع صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة. ومع ذلك، فإن المواد العضوية تظهر توهينًا منخفضًا للأشعة السينية، مما يؤدي إلى وجود أجهزة كشف ذات حساسية منخفضة. فريق برئاسة جامعة ساري معهد التكنولوجيا المتقدمة يهدف إلى حل هذه المشكلة. ومن خلال إضافة كميات صغيرة من العناصر عالية Z إلى شبه موصل عضوي، أنشأ الباحثون أجهزة كشف للأشعة السينية العضوية ذات حساسية عالية ومرونة عالية.

"هذه المادة الجديدة مرنة ومنخفضة التكلفة وحساسة. "ولكن المثير هو أن هذه المادة تعادل الأنسجة"، يوضح المؤلف الأول برابودي ناناياكارا في تصريح صحفي. "وهذا يمهد الطريق لقياس الجرعات الحية، وهو أمر غير ممكن مع التكنولوجيا الحالية."

ثقيل ذرات مغايرة

لتصنيع مادة ماصة للأشعة السينية الجديدة، قام الباحثون بتعديل سلسلة البوليمر لأشباه الموصلات العضوية مع ذرات السيلينيوم غير المتجانسة عالية Z لإنشاء بوليمر من النوع p، P3HSe، ومزجوه مع مشتق الفوليرين من النوع n، PC₇₀بي ام. لقد قاموا بإنشاء كاشف الأشعة السينية على ركيزة زجاجية باستخدام طبقة ماصة بسمك 55 ميكرومتر.

قام ناناياكارا وزملاؤه بتقييم خصائص استجابة الكاشف الجديد، ومقارنة أدائه بأداء الكاشف السابق مرشح كاشف الأشعة السينية المنحني، تم تصنيعها باستخدام جسيمات أكسيد البزموت النانوية المدمجة في الوصلة العضوية غير المتجانسة (NP-BHJ).

قاموا أولاً بقياس التيار المظلم، الذي يحدد حد الكشف للكاشف، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء والمدى الديناميكي - وهي معلمات حاسمة في قياس الجرعات والتصوير الطبي. P3HSe: جهاز الكمبيوتر₇₀أظهرت كاشفات BM تيارًا مظلمًا فائق الانخفاض يبلغ 0.32 باسكال / مم² تحت انحياز مطبق قدره −10 فولت، ضمن المعيار الصناعي البالغ 10 باسكال / مم² وقابلة للمقارنة مع أجهزة الكشف NP-BHJ. يشير الباحثون إلى أن كاشفي الأشعة السينية هذين يعرضان أقل تيارات مظلمة تم الإبلاغ عنها حتى الآن بين جميع أجهزة الكشف العضوية والهجينة والبيروفسكايت في الأدبيات.

ولتقييم حساسية أجهزة الكشف، قام الفريق بتعريضها لمصادر مختلفة للأشعة السينية. عند تعرضه لأشعة سينية بقوة 70 و100 و150 و220 كيلو فولت في الثانية، فإن P3HSe:PC₇₀أظهرت كاشفات BM حساسيات 22.6، 540، 600 و550 نانو سي/ غراي/ سم²، على التوالى. مرة أخرى، هذه القيم مشابهة لتلك التي لوحظت من أجهزة الكشف NP-BHJ.

كما أظهرت الكاشفات القائمة على الذرة غير المتجانسة أيضًا خطية ممتازة للجرعة ومعدل الجرعة، فضلاً عن إمكانية التكاثر العالية في ظل التعرض المتكرر للأشعة السينية. ويشير الباحثون إلى أنه “على الرغم من سمك هذه الماصات المنخفض نسبيًا، فإن P3HSe:PC₇₀تعرض أجهزة الكشف BM وNP-BHJ أداءً مُرضيًا مقارنة بتقنيات الكاشف الأكثر رسوخًا والأكثر حداثة.

وأظهرت أجهزة الكشف الجديدة أيضًا استقرارًا طويل المدى. وبعد 12 شهرًا من تخزين النيتروجين في الظلام، أظهروا زيادة طفيفة في التيار المظلم (على الرغم من بقائه ضمن المعايير الصناعية) ولم يكن هناك اختلاف ملحوظ في استجابة التيار الكهروضوئي للأشعة السينية. لم يؤدي التعرض المتكرر للأشعة السينية لجرعة تراكمية قدرها 100 غراي إلى انخفاض أداء الكاشف.

خلق المنحنيات

بعد ذلك، استخدم الباحثون المادة الجديدة لتصنيع أجهزة كشف الأشعة السينية المنحنية. مثل P3HSe: PC₇₀أظهرت أفلام BM صلابة وصلابة مماثلة لأفلام NP-BHJ، حيث استخدمت نفس أفلام بوليميد بسمك 75 ميكرون المستخدمة سابقًا مع نظام NP-BHJ كركائز مرنة.

ولتقييم الاستجابة أثناء التشوه، كشف الفريق عن P3HSe:PC₇₀كاشفات BM ذات أقطار انحناء من 11.5 إلى 2 ملم إلى 40 كيلو فولت في الثانية من الأشعة السينية. عند نصف قطر انحناء يبلغ 11.5 مم، تتمتع الكاشفات بحساسية قدرها 0.1 μC/Gy/cm² والتيار المظلم يصل إلى 0.03 باسكال / مم² عندما تكون متحيزة عند −10 V. حتى نصف قطر عتبة يبلغ 3.5 مم، لم تظهر الكاشفات تغييرًا كبيرًا في الحساسية، ولكن بعد هذا الحد، انخفض التيار الكهروضوئي بشكل كبير من الحساسية في الحالة الأصلية.

أظهر فحص الأداء قبل وأثناء وبعد ثني الكاشف إلى نصف قطر 2 مم أن حساسيته انخفضت بحوالي 20% أثناء الثني، ثم استعادت عافيتها لتقترب من قيمتها الأولية بعد الاسترخاء.

وأخيراً، قام الباحثون بتقييم المتانة الميكانيكية للجهاز. بعد 100 دورة ثني وصولاً إلى نصف قطر 2 مم، لم تظهر الكاشفات المنحنية أي علامات على عطل ميكانيكي وأقل من 1.2% من الاختلاف في الحساسية. ويخلص الفريق إلى أن دمج الذرة غير المتجانسة يوفر استراتيجية ناجحة لإنشاء أجهزة كشف للأشعة السينية عالية الأداء تعتمد على أشباه الموصلات العضوية.

هل يمكن لكاشفات الأشعة السينية المنحنية أن تبشر بالتطور التالي في التصوير الطبي؟

"هذا طريق آخر لصنع أجهزة كشف مرنة للأشعة السينية، تبقى ثابتة فقط مع المواد العضوية." رافي سيلفايقول مدير معهد التكنولوجيا المتقدمة عالم الفيزياء. "يظهر كلا النظامين كاشفات للأشعة السينية ذات حساسية عالية النطاق واستجابة منخفضة للغاية للتيار المظلم. هذا النظام الذي يعتمد فقط على أشباه الموصلات العضوية يحافظ بشكل كامل على تكافؤ الأنسجة وسيعطي خرائط دقيقة للغاية لإشارة الأشعة السينية، والتي قد لا تحتاج إلى معالجة لاحقة لذلك يمكن استخدامها مع الذكاء الاصطناعي للكشف المبكر عن الأورام.

ويضيف سيلفا أن هذه التكنولوجيا الجديدة يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من الإعدادات، بما في ذلك العلاج الإشعاعي، ومسح القطع الأثرية التاريخية، والماسحات الضوئية الأمنية. “جامعة ساري، بما في ذلك دورها سيلفر راي"، تستمر في الريادة في مجال أجهزة الكشف المرنة للأشعة السينية - ويسعدنا أن نرى التكنولوجيا تظهر وعدًا حقيقيًا لمجموعة من الاستخدامات،" كما يقول. "سيكون التصوير الشعاعي للثدي والعلاجات في الوقت الحقيقي بما في ذلك الجراحة ممكنة أيضًا. تبحث SilverRay في بعض هذه الاحتمالات بينما نتحدث."

تم وصف كاشف الأشعة السينية العضوية المرنة في العلوم المتقدمة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/