Joustavat röntgenilmaisimet sopivat lääketieteelliseen kuvantamiseen ja sädehoitoon – Physics World

Röntgenilmaisimilla on keskeinen rooli monissa lääketieteellisissä sovelluksissa, mukaan lukien diagnostinen kuvantaminen, sädehoidon dosimetria ja henkilökohtainen säteilysuojaus. Monet näistä sovelluksista vaativat laaja-alaisia ​​ilmaisimia, jotka voivat mukautua joustavasti kaareviin pintoihin. Mutta useimmat kaupalliset röntgenilmaisimet ovat jäykkiä, nälkäisiä ja kalliita valmistaa suurille alueille.

Yksi vaihtoehto on orgaaniset puolijohteet, joilla voidaan luoda laaja-alaisia ​​optoelektronisia laitteita ympäristöystävällisillä ja edullisilla valmistustekniikoilla. Orgaanisilla materiaaleilla on kuitenkin alhainen röntgensäteen vaimennus, mikä johtaa alhaisen herkkyyden ilmaisimiin. Surreyn yliopiston johtajaryhmä Kehittyneen teknologian instituutti tavoitteena on ratkaista tämä ongelma. Lisäämällä pieniä määriä korkea-Z-elementtejä orgaaniseen puolijohteeseen, tutkijat loivat orgaanisia röntgenilmaisimia, joilla on korkea herkkyys ja joustavuus.

”Tämä uusi materiaali on joustavaa, edullista ja herkkää. Mutta jännittävää on, että tämä materiaali on kudosta vastaavaa, ensimmäinen kirjoittaja selittää Prabodhi Nanayakkara lehdistötiedotteessa. "Tämä tasoittaa tietä elävälle dosimetrialle, mikä ei vain ole mahdollista nykytekniikalla."

Raskas heteroatomit

Uuden röntgensäteitä absorboivan materiaalin valmistamiseksi tutkijat modifioivat orgaanisen puolijohteen polymeeriketjua korkea-Z-seleeniheteroatomeilla luomaan p-tyypin polymeerin, P3HSe, ja sekoittivat tämän n-tyypin fullereenijohdannaiseen PC.₇₀BM. He loivat röntgenilmaisimen lasisubstraatille käyttämällä 55 µm paksua absorboivaa kerrosta.

Nanayakkara ja kollegat arvioivat uuden ilmaisimen vasteominaisuudet vertaamalla sen suorituskykyä edelliseen. kaareva röntgenilmaisinehdokas, valmistettu käyttämällä vismuttioksidin nanohiukkasia, jotka on integroitu orgaaniseen bulkkiheteroliitokseen (NP-BHJ).

He mittasivat ensin pimeän virran, joka määrittää ilmaisimen tunnistusrajan, signaali-kohinasuhteen ja dynaamisen alueen – tärkeitä parametreja dosimetriassa ja lääketieteellisessä kuvantamisessa. P3HSe:PC₇₀BM-ilmaisimet osoittivat erittäin matalaa tummaa virtaa 0.32 pA/mm² -10 V:n esijännityksen alaisena, selvästi teollisen standardin 10 pA/mm sisällä² ja verrattavissa NP-BHJ-ilmaisimiin. Tutkijat huomauttavat, että näissä kahdessa röntgendetektorissa on alhaisimmat tähän mennessä raportoidut tummavirtaukset kaikista kirjallisuudessa olevista orgaanisista, hybridi- ja perovskiittiilmaisimista.

Arvioidakseen ilmaisimien herkkyyttä ryhmä altisti ne erilaisille röntgenlähteille. Kun P70HSe:PC altistuu 100, 150, 220 ja 3 kVp röntgensäteilylle₇₀BM-ilmaisimien herkkyys oli 22.6, 540, 600 ja 550 nC/Gy/cm², vastaavasti. Jälleen nämä arvot ovat samanlaisia ​​kuin NP-BHJ-ilmaisimista havaitut arvot.

Heteroatomipohjaisilla ilmaisimilla oli myös erinomainen annos- ja annosnopeuslineaarisuus sekä hyvä toistettavuus toistuvassa röntgensäteilyssä. Tutkijat huomauttavat, että "huolimatta näiden absorboijien suhteellisen alhaisesta paksuudesta, P3HSe:PC₇₀BM- ja NP-BHJ-ilmaisimet näyttävät tyydyttävän suorituskyvyn verrattuna vakiintuneempiin, huippuluokan ilmaisintekniikoihin.

Uudet ilmaisimet osoittivat myös pitkän aikavälin vakautta. 12 kuukauden varastoinnin jälkeen typessä pimeässä ne osoittivat pientä lisäystä pimeässä virrassa (vaikka pysyivätkin hyvin teollisten standardien sisällä) eikä havaittavaa vaihtelua röntgensäteilyn valovirtavasteessa. Toistuva röntgenaltistus 100 Gy:n kumulatiiviselle annokselle ei heikentänyt ilmaisimen suorituskykyä.

Käyrien luominen

Seuraavaksi tutkijat käyttivät uutta materiaalia kaarevien röntgenilmaisimien valmistukseen. Kuten P3HSe:PC₇₀BM-kalvoilla oli samanlainen jäykkyys ja kovuus kuin NP-BHJ-kalvoilla, ja niissä käytettiin joustavina substraatteina samoja 75 µm:n paksuisia polyimidikalvoja, joita käytettiin aiemmin NP-BHJ-järjestelmän kanssa.

Arvioidakseen vastetta epämuodostuneena ryhmä paljasti P3HSe:PC:n₇₀BM-ilmaisimet, joiden taivutussäteet ovat 11.5 - 2 mm 40 kVp röntgensäteisiin. 11.5 mm:n taivutussäteellä ilmaisimien herkkyys oli 0.1 µC/Gy/cm² ja tumma virta niinkin alhainen kuin 0.03 pA/mm² kun esijännite oli -10 V. Kynnyssäteeseen 3.5 mm asti ilmaisimet eivät osoittaneet merkittävää herkkyysmuutosta, mutta tämän rajan ylittyessä valovirta pieneni huomattavasti herkkyydestä koskemattomassa kunnossa.

Suorituskyvyn tarkastelu ennen ilmaisimen taivuttamista 2 mm:n säteelle sekä sen aikana paljasti, että sen herkkyys laski noin 20 % taivutuksen aikana ja palautui sitten lähelle alkuperäistä arvoa rentoutumisen jälkeen.

Lopuksi tutkijat arvioivat laitteen mekaanisen kestävyyden. 100 taivutusjakson jälkeen 2 mm:n säteelle kaarevissa ilmaisimissa ei havaittu merkkejä mekaanisesta viasta ja herkkyyden vaihtelu oli alle 1.2 %. Ryhmä päättelee, että heteroatomien yhdistäminen tarjoaa onnistuneen strategian korkean suorituskyvyn orgaanisiin puolijohteisiin perustuvien röntgenilmaisimien luomiseen.

Voisivatko kaarevat röntgenilmaisimet ennustaa lääketieteellisen kuvantamisen seuraavaa kehitystä?

"Tämä on toinen tapa valmistaa joustavia röntgenilmaisimia, jotka pysyvät tiukasti vain orgaanisten materiaalien kanssa." Ravi Silva, Advanced Technology Instituten johtaja, kertoo Fysiikan maailma. ”Molemmat järjestelmät näyttävät röntgenilmaisimia, joissa on laajakaistainen korkea herkkyys ja ultramatala tummavirtavaste. Tämä vain orgaanisiin puolijohteisiin perustuva järjestelmä säilyttää täysin kudosekvivalenssin ja antaa erittäin tarkan röntgensignaalin kartoituksen, joka ei välttämättä tarvitse jälkikäsittelyä, joten sitä voidaan käyttää tekoälyn kanssa kasvainten varhaiseen havaitsemiseen.

Silva lisää, että tätä uutta teknologiaa voitaisiin käyttää useissa eri tilanteissa, kuten sädehoidossa, historiallisten esineiden skannauksessa ja turvaskannereissa. ”Surreyn yliopisto ja sen spin out SilverRay, jatkaa joustavien röntgenilmaisimien edelläkävijöitä – olemme iloisia nähdessämme, että tekniikka on todellista lupaavaa useisiin käyttötarkoituksiin”, hän sanoo. ”Myös mammografia ja reaaliaikainen hoito, mukaan lukien leikkaus, ovat mahdollisia. SilverRay tarkastelee joitain näistä mahdollisuuksista puhuessamme."

Joustava orgaaninen röntgenilmaisin on kuvattu kohdassa Edistynyt tiede.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/