آیا آشکارسازهای پروسکایت نسل بعدی می توانند تصویربرداری بالینی اشعه ایکس را بهبود بخشند؟

آشکارسازهای اشعه ایکس مبتنی بر پروسکایت چیزهای زیادی برای ارائه در زمینه تصویربرداری تشخیصی دارند: هزینه تولید پایین، تبدیل مستقیم، راندمان جذب بالا و وضوح فضایی برتر نسبت به آشکارسازهای موجود. اما در حالی که این مزایا در مطالعات قبلی نشان داده شده است، محققان هنوز تعیین نکرده اند که آیا این مزایا منجر به بهبود در کاربردهای بالینی می شود یا خیر.

برای بررسی عمیق تر این پتانسیل، محققان در آزمایش تصویربرداری و درمان سرطان با اشعه ایکس (XCITEآزمایشگاه در دانشگاه ویکتوریا در کانادا آزمایش‌های بالینی مجازی را بر روی نسل بعدی آشکارسازهای پروسکایت ادغام شده در دستگاه‌های رایج تصویربرداری اشعه ایکس انجام داده و یافته‌های خود را در فیزیک در پزشکی و زیست شناسی.

این تیم برمید سرب متیل آمونیوم کریستال پروسکایت (MAPbBr₃) که تحرک حامل بار بالا و طول عمر حامل طولانی را ترکیب می کند و آن را به فوتون های پرتو ایکس حساس بسیار حساس می کند. در واقع، مقداری MAPbBr₃ کریستال‌ها عملکردی معادل عملکرد تلورید روی کادمیوم (CZT) دارند، ماده امیدوارکننده‌ای که در تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی پیشرفته مانند CT شمارش فوتون استفاده می‌شود.

برای تعیین اینکه کدام کاربردهای تصویربرداری ممکن است برای آشکارسازهای پروسکایت مناسب باشد، محققان از شبیه‌سازی TOPAS Monte Carlo (MC) برای محاسبه بازده رسوب انرژی (EDE، کسر انرژی جذب شده نسبت به انرژی فرودی) MAPbBr استفاده کردند.₃برای ضخامت های کریستال بین 40 تا 15 میلی متر و انرژی پرتو از 20 کو تا 6 مگا ولت.

آنها نتایج را با چهار ماده آشکارساز دیگر مقایسه کردند: سلنیوم آمورف (a-Se)، که معمولاً برای ماموگرافی استفاده می شود. یدید سزیم (CsI)، ماده آشکارساز استاندارد برای کیلوولتاژ (kV) CT. گادولینیم اکسی سولفید (GOS)، همانطور که در تصویربرداری kV و مگاولتاژ (MV) استفاده می شود. و CZT.

با توجه به محتوای سرب در MAPbBr₃پروسکایت بالاترین جذب انرژی را در بین تمام آشکارسازها در محدوده انرژی ماموگرافی نشان داد. برای تصویربرداری MV، تنها CZT دارای EDE برتر بود، در حالی که برای تصویربرداری kV، پروسکایت به طور کلی به خوبی سایرین عمل نکرد. بر اساس این یافته ها، تیم سه سیستم تصویربرداری را برای مطالعه انتخاب کرد: اسکنر سی تی سینه اختصاصی Koning، و سیستم های CT (CBCT) Truebeam kV و MV مخروطی.

نویسنده اول توضیح می‌دهد: «شبیه‌سازی‌های EDE انگیزه گنجاندن سی‌تی سی سینه، یک سیستم تصویربرداری خاص‌تر است که در غیر این صورت شبیه‌سازی نمی‌کردیم». جریکو اوکانل. «سیستم‌های kV- و MV-CBCT بدون توجه به آن‌ها گنجانده شده‌اند، زیرا آنها بخش‌های کلیدی جریان کار رادیوتراپی هستند.»

آزمایشات بالینی مجازی

O'Connell و همکارانش از شبیه سازی هیبریدی MC Fastcat برای بهینه سازی طراحی آشکارساز پروسکایت برای هر برنامه استفاده کردند. با به حداکثر رساندن راندمان کوانتومی کارآگاه (DQE، راندمان تبدیل سیگنال ورودی به تصویر خروجی)، آنها ضخامت های بهینه برای کریستال های پروسکایت را 0.30، 0.86 و 1.99 میلی متر برای CT سینه، kV- و MV-CBCT محاسبه کردند. به ترتیب. آنها سپس از این آشکارسازهای مخصوص دستگاه در یک سری آزمایشات بالینی مجازی استفاده کردند.

برای آزمایش سی تی سینه، محققان یک فانتوم سینه را با میکروکلسیفیکاسیون های تصویربرداری شده با استفاده از آشکارساز CsI پیش فرض و یک آشکارساز پروسکایت با گام پیکسلی یکسان (0.194 میلی متر) شبیه سازی کردند. آشکارساز پروسکایت کنتراست در میکروکلسیفیکاسیون ها را تا 87 درصد افزایش داد، به وضوح یک ضایعه کلسیفیه را که با استفاده از آشکارساز CsI تعریف ضعیفی داشت، تجسم کرد. این می تواند شناسایی دقیق تر چنین ساختارهایی را در غربالگری سرطان سینه در هنگام استفاده از آشکارساز پروسکایت، که می تواند با هزینه کمتر از CsI ساخته شود، امکان پذیر کند.

در آزمایش‌های مجازی KV و MV CBCT، محققان یک فانتوم سر XCAT را تصویر کردند. در هر دو مورد، آشکارساز پروسکایت به طور چشمگیری کیفیت تصویر را در مقایسه با آشکارسازهای پیش فرض بهبود بخشید. در تصاویر kV، وضوح فضایی در ویژگی‌های استخوان ریز و کنتراست بافت با استفاده از آشکارساز پروسکایت به طور چشمگیری بهبود یافت و CNR در مغز و جمجمه را به ترتیب 8 و 13 درصد در مقایسه با آشکارساز CsI افزایش داد.

تصویر MV بر روی یک ناحیه جمجمه حاوی پرکننده‌های نقره متمرکز بود که عموماً آثار باستانی رگه‌دار بزرگی را در تصاویر kV ایجاد می‌کرد. راندمان بالای آشکارساز پروسکایت در مقایسه با آشکارساز GOS منجر به بهبود چشمگیر در CNR شد و تصویری بدون مصنوعات فلزی از فک را فراهم کرد. محققان خاطرنشان کردند که کنتراست بهبود یافته در تصاویر MV-CBCT با آشکارساز پروسکایت می‌تواند تصویربرداری از بیماران را در دستگاه‌های رادیوتراپی بدون تصویربردار kV روی برد، همانطور که برای اکثر سیستم‌ها در کشورهای با درآمد کم و متوسط ​​صدق می‌کند، امکان‌پذیر کند.

پرینت سه بعدی پروسکایت ها بر روی گرافن، آشکارساز اشعه ایکس فوق حساس را ایجاد می کند

جایگزینی آشکارسازهای فعلی در دستگاه‌های CT سینه، kV-CBCT و MV-CBCT با آشکارسازهای پروسکایت بهینه شده، DQE این سیستم‌ها را به ترتیب 12.1، 9.5 و 86.1 درصد بهبود می‌بخشد. محققان نتیجه می‌گیرند که آشکارسازهای پروسکایت بهتر از آشکارسازهای جریان در کاربردهای CT پستان و kV-CBCT عمل می‌کنند و از نظر CNR و DQE نسبت به آشکارسازهای MV-CBCT فعلی بسیار برتر هستند.

در مرحله بعد، تیم قصد دارد نمونه اولیه آشکارسازهای صفحه تخت مبتنی بر پروسکایت را برای تأیید آزمایشی آزمایشی مجازی ایجاد کند. "ما هیجان زده هستیم که گزارش دهیم که کریستال هایی فرستاده ایم تا نمونه اولیه آشکارساز پیکسلی ساخته شود. سنسورهای AYاوکانل می گوید دنیای فیزیک. "منتظر خصوصیات آزمایشی آشکارساز نمونه اولیه باشید."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/could-next-generation-perovskite-detectors-improve-clinical-x-ray-imaging/