آشکارسازهای قابل انعطاف اشعه ایکس برای تصویربرداری پزشکی و رادیوتراپی - دنیای فیزیک

آشکارسازهای اشعه ایکس نقش کلیدی در طیف وسیعی از کاربردهای پزشکی، از جمله تصویربرداری تشخیصی، دزیمتری پرتودرمانی و حفاظت شخصی در برابر اشعه ایفا می کنند. بسیاری از این کاربردها به آشکارسازهایی با مساحت بزرگ نیاز دارند که می توانند به طور انعطاف پذیر با سطوح منحنی مطابقت داشته باشند. اما بیشتر آشکارسازهای اشعه ایکس تجاری سفت، پر مصرف و گران قیمت هستند تا در مناطق بزرگ ساخته شوند.

یک جایگزین، نیمه هادی های آلی است که می تواند برای ایجاد دستگاه های الکترونیک نوری با مساحت بزرگ از طریق تکنیک های تولید کم هزینه و سازگار با محیط زیست استفاده شود. با این حال، مواد آلی تضعیف اشعه ایکس پایینی از خود نشان می‌دهند و در نتیجه آشکارسازهایی با حساسیت پایین ایجاد می‌شوند. تیمی در دانشگاه ساری به راه افتادند موسسه فناوری پیشرفته با هدف حل این مشکل است. محققان با افزودن مقادیر کمی از عناصر با Z بالا به یک نیمه هادی آلی، آشکارسازهای اشعه ایکس آلی با حساسیت بالا و انعطاف پذیری بالا ایجاد کردند.

این ماده جدید انعطاف پذیر، کم هزینه و حساس است. اما آنچه که هیجان انگیز است این است که این ماده معادل بافت است.» نویسنده اول توضیح می دهد پرابودی نانایاکارا در بیانیه مطبوعاتی "این راه را برای دزیمتری زنده هموار می کند که با فناوری فعلی امکان پذیر نیست."

سنگین هترواتم ها

برای ساخت ماده جاذب پرتو ایکس جدید، محققان زنجیره پلیمری یک نیمه هادی آلی با هترواتم های سلنیوم با Z بالا را برای ایجاد یک پلیمر نوع p، P3HSe، اصلاح کردند و آن را با مشتق فولرن نوع n، PC ترکیب کردند.₇₀BM. آنها با استفاده از یک لایه جاذب به ضخامت 55 میکرومتر، آشکارساز اشعه ایکس را روی یک بستر شیشه ای ایجاد کردند.

Nanayakkara و همکارانش ویژگی های پاسخ آشکارساز جدید را ارزیابی کردند و عملکرد آن را با عملکرد قبلی خود مقایسه کردند. کاندید آشکارساز اشعه ایکس منحنیساخته شده با استفاده از نانوذرات اکسید بیسموت ادغام شده در یک ناهمگونی توده آلی (NP-BHJ).

آنها ابتدا جریان تاریک را اندازه‌گیری کردند که حد تشخیص آشکارساز، نسبت سیگنال به نویز و محدوده دینامیکی - پارامترهای مهم در دزیمتری و تصویربرداری پزشکی را تعیین می‌کند. P3HSe: PC₇₀آشکارسازهای BM جریان تاریک بسیار کم 0.32 pA/mm را نشان دادند² تحت یک بایاس اعمالی 10- ولت، به خوبی در استاندارد صنعتی 10 pA/mm² و قابل مقایسه با آشکارسازهای NP-BHJ. محققان خاطرنشان کردند که این دو آشکارساز پرتو ایکس کمترین جریان تاریکی را که تا به امروز در بین آشکارسازهای آلی، هیبریدی و پروسکایتی در ادبیات گزارش شده است، نشان می‌دهند.

برای ارزیابی حساسیت آشکارسازها، تیم آنها را در معرض منابع مختلف اشعه ایکس قرار داد. P70HSe:PC هنگامی که در معرض تابش اشعه ایکس 100، 150، 220 و 3 کیلو ولت بر ثانیه قرار می گیرد₇₀آشکارسازهای BM حساسیت های 22.6، 540، 600 و 550 nC/Gy/cm را نشان دادند.²، به ترتیب. باز هم، این مقادیر مشابه مقادیر مشاهده شده از آشکارسازهای NP-BHJ هستند.

آشکارسازهای مبتنی بر هترواتم همچنین خطی بودن دوز و سرعت دوز عالی و همچنین تکرارپذیری بالا را تحت قرار گرفتن در معرض مکرر اشعه ایکس نشان دادند. محققان خاطرنشان می کنند که «علی رغم ضخامت نسبتاً کم این جاذب ها، P3HSe:PC₇₀آشکارسازهای BM و NP-BHJ عملکرد رضایت بخشی را در مقایسه با فناوری‌های آشکارساز پیشرفته‌تر و پیشرفته‌تر نشان می‌دهند.

آشکارسازهای جدید همچنین پایداری طولانی مدتی را از خود نشان دادند. پس از 12 ماه ذخیره سازی در نیتروژن در تاریکی، آنها افزایش جزئی در جریان تاریک را نشان دادند (اگرچه در حد استانداردهای صنعتی باقی ماندند) و هیچ تغییر قابل توجهی در پاسخ جریان نوری اشعه ایکس مشاهده نشد. قرار گرفتن مکرر در معرض اشعه ایکس با دوز تجمعی 100 گری عملکرد آشکارساز را کاهش نداد.

ایجاد منحنی ها

سپس، محققان از این ماده جدید برای ساخت آشکارسازهای پرتو ایکس منحنی استفاده کردند. به عنوان P3HSe: PC₇₀فیلم‌های BM سفتی و سختی مشابهی با فیلم‌های NP-BHJ نشان دادند، آنها از همان لایه‌های پلی‌آمید با ضخامت 75 میکرومتر استفاده کردند که قبلاً با سیستم NP-BHJ به عنوان بسترهای انعطاف‌پذیر استفاده می‌شد.

برای ارزیابی پاسخ در هنگام تغییر شکل، تیم P3HSe:PC را در معرض دید قرار داد₇₀آشکارسازهای BM با شعاع خمشی از 11.5 تا 2 میلی‌متر تا 40 کیلوولت بر ثانیه اشعه ایکس. در شعاع خمشی 11.5 میلی متر، آشکارسازها دارای حساسیت 0.1 μC/Gy/cm بودند.² و جریان تاریکی به اندازه 0.03 pA/mm² تا شعاع آستانه 10 میلی متر، آشکارسازها تغییر قابل توجهی در حساسیت نشان ندادند، اما فراتر از این حد، جریان نوری به طور قابل توجهی از حساسیت در شرایط بکر کاهش می یابد.

بررسی عملکرد قبل، حین و بعد از خم کردن آشکارساز به شعاع 2 میلی متر نشان داد که حساسیت آن در طول خمش حدود 20٪ کاهش یافته است، سپس پس از شل شدن به نزدیک به مقدار اولیه خود رسیده است.

در نهایت، محققان استحکام مکانیکی دستگاه را ارزیابی کردند. پس از 100 چرخه خمشی تا شعاع 2 میلی متر، آشکارسازهای منحنی هیچ نشانه ای از شکست مکانیکی و کمتر از 1.2 درصد تغییر در حساسیت نشان دادند. تیم نتیجه گیری می کند که ادغام هترواتم یک استراتژی موفق برای ایجاد آشکارسازهای پرتو ایکس با کارایی بالا بر اساس نیمه هادی های آلی فراهم می کند.

آیا آشکارسازهای منحنی اشعه ایکس می توانند از تکامل بعدی در تصویربرداری پزشکی خبر دهند؟

"این مسیر دیگری برای ساخت آشکارسازهای اشعه ایکس انعطاف پذیر است که فقط با مواد آلی محکم می مانند." راوی سیلوامدیر موسسه فناوری پیشرفته می گوید دنیای فیزیک. هر دو سیستم آشکارسازهای اشعه ایکس را با حساسیت پهنای باند بالا و پاسخ جریان تاریک بسیار کم نشان می‌دهند. این سیستم مبتنی بر نیمه هادی های آلی به طور کامل معادل بافت را حفظ می کند و نقشه برداری بسیار دقیقی از سیگنال اشعه ایکس ارائه می دهد، که ممکن است نیازی به پس پردازش نداشته باشد، بنابراین می تواند با هوش مصنوعی برای تشخیص زودهنگام تومورها استفاده شود.

سیلوا می افزاید که این فناوری جدید می تواند در تنظیمات مختلفی از جمله رادیوتراپی، اسکن آثار تاریخی و اسکنرهای امنیتی مورد استفاده قرار گیرد. "دانشگاه ساری، همراه با چرخش آن SilverRayاو می‌گوید، همچنان در زمینه آشکارسازهای اشعه ایکس منعطف پیشتاز است – ما از اینکه می‌بینیم این فناوری نوید واقعی برای طیف وسیعی از کاربردها را نشان می‌دهد، خرسندیم. ماموگرافی و درمان بلادرنگ از جمله جراحی نیز امکان پذیر خواهد بود. SilverRay در حال بررسی برخی از این احتمالات است.

آشکارساز اشعه ایکس ارگانیک انعطاف پذیر در شرح داده شده است علوم پیشرفته.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/