मेडिकल इमेजिंग और रेडियोथेरेपी के लिए लचीले एक्स-रे डिटेक्टरों की कतार - फिजिक्स वर्ल्ड

एक्स-रे डिटेक्टर नैदानिक ​​इमेजिंग, रेडियोथेरेपी डोसिमेट्री और व्यक्तिगत विकिरण सुरक्षा सहित चिकित्सा अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनमें से कई अनुप्रयोगों के लिए बड़े क्षेत्र वाले डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है जो लचीले ढंग से घुमावदार सतहों के अनुरूप हो सकते हैं। लेकिन अधिकांश वाणिज्यिक एक्स-रे डिटेक्टर कठोर, बिजली की खपत वाले और बड़े क्षेत्रों में निर्माण के लिए महंगे हैं।

एक विकल्प जैविक अर्धचालक है, जिसका उपयोग पर्यावरण के अनुकूल, कम लागत वाली विनिर्माण तकनीकों के माध्यम से बड़े क्षेत्र के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनाने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, कार्बनिक पदार्थ कम एक्स-रे क्षीणन प्रदर्शित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप डिटेक्टर कम संवेदनशीलता वाले होते हैं। एक टीम सरे विश्वविद्यालय की ओर रवाना हुई उन्नत प्रौद्योगिकी संस्थान इस समस्या को हल करने का लक्ष्य है। कार्बनिक अर्धचालक में थोड़ी मात्रा में उच्च-जेड तत्वों को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने उच्च संवेदनशीलता और उच्च लचीलेपन के साथ कार्बनिक एक्स-रे डिटेक्टर बनाए।

“यह नई सामग्री लचीली, कम लागत वाली और संवेदनशील है। लेकिन रोमांचक बात यह है कि यह सामग्री ऊतक के बराबर है,'' प्रथम लेखक बताते हैं प्रबोधि नानायक्कारा एक प्रेस बयान में. "यह लाइव डोसिमेट्री का मार्ग प्रशस्त करता है, जो वर्तमान तकनीक के साथ संभव नहीं है।"

भारी heteroatoms

नई एक्स-रे अवशोषक सामग्री बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने पी-टाइप पॉलिमर, पी3एचएसई बनाने के लिए उच्च-जेड सेलेनियम हेटरोएटम के साथ कार्बनिक अर्धचालक की पॉलिमर श्रृंखला को संशोधित किया और इसे एन-टाइप फुलरीन व्युत्पन्न, पीसी के साथ मिश्रित किया।₇₀बी.एम. उन्होंने 55 माइक्रोमीटर मोटी अवशोषक परत का उपयोग करके ग्लास सब्सट्रेट पर एक्स-रे डिटेक्टर बनाया।

नानायक्कारा और सहकर्मियों ने नए डिटेक्टर की प्रतिक्रिया विशेषताओं का मूल्यांकन किया, और इसके प्रदर्शन की तुलना अपने पिछले डिटेक्टर से की घुमावदार एक्स-रे डिटेक्टर उम्मीदवार, एक कार्बनिक बल्क हेटेरोजंक्शन (एनपी-बीएचजे) में एकीकृत बिस्मथ ऑक्साइड नैनोकणों का उपयोग करके बनाया गया है।

उन्होंने सबसे पहले डार्क करंट को मापा, जो डिटेक्टर की पहचान की सीमा, सिग्नल-टू-शोर अनुपात और गतिशील रेंज निर्धारित करता है - डोसिमेट्री और मेडिकल इमेजिंग में महत्वपूर्ण पैरामीटर। P3HSe:पीसी₇₀बीएम डिटेक्टरों ने 0.32 पीए/मिमी की अल्ट्रालो डार्क धारा का प्रदर्शन किया² -10 वी के लागू पूर्वाग्रह के तहत, 10 पीए/मिमी के औद्योगिक मानक के भीतर² और एनपी-बीएचजे डिटेक्टरों के बराबर है। शोधकर्ताओं का कहना है कि ये दो एक्स-रे डिटेक्टर साहित्य में सभी कार्बनिक, हाइब्रिड और पेरोव्स्काइट डिटेक्टरों की तुलना में अब तक की सबसे कम अंधेरे धाराओं को प्रदर्शित करते हैं।

डिटेक्टरों की संवेदनशीलता का मूल्यांकन करने के लिए, टीम ने उन्हें विभिन्न एक्स-रे स्रोतों से अवगत कराया। 70, 100, 150 और 220 केवीपी एक्स-रे विकिरण के संपर्क में आने पर, P3HSe:PC₇₀BM डिटेक्टरों ने 22.6, 540, 600 और 550 nC/Gy/cm की संवेदनशीलता प्रदर्शित की², क्रमश। फिर, ये मान एनपी-बीएचजे डिटेक्टरों से देखे गए मानों के समान हैं।

हेटेरोएटम-आधारित डिटेक्टरों ने उत्कृष्ट खुराक और खुराक दर रैखिकता के साथ-साथ बार-बार एक्स-रे एक्सपोजर के तहत उच्च प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता भी प्रदर्शित की। शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया कि "इन अवशोषकों की अपेक्षाकृत कम मोटाई के बावजूद, P3HSe:PC₇₀बीएम और एनपी-बीएचजे डिटेक्टर अधिक स्थापित, अत्याधुनिक डिटेक्टर प्रौद्योगिकियों की तुलना में संतोषजनक प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं।

नए डिटेक्टरों ने दीर्घकालिक स्थिरता भी प्रदर्शित की। अंधेरे में नाइट्रोजन के 12 महीने के भंडारण के बाद, उन्होंने डार्क करंट में मामूली वृद्धि देखी (हालांकि औद्योगिक मानकों के भीतर अच्छी तरह से शेष) और एक्स-रे फोटोकरंट प्रतिक्रिया में कोई उल्लेखनीय बदलाव नहीं हुआ। 100 Gy की संचयी खुराक पर बार-बार एक्स-रे एक्सपोज़र से डिटेक्टर के प्रदर्शन में कोई कमी नहीं आई।

वक्र बनाना

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने घुमावदार एक्स-रे डिटेक्टर बनाने के लिए नई सामग्री का उपयोग किया। P3HSe:PC के रूप में₇₀बीएम फिल्मों ने एनपी-बीएचजे फिल्मों के समान कठोरता और कठोरता का प्रदर्शन किया, उन्होंने लचीले सब्सट्रेट के रूप में पहले एनपी-बीएचजे प्रणाली के साथ उपयोग की जाने वाली 75 माइक्रोन-मोटी पॉलीमाइड फिल्मों को नियोजित किया।

विकृत होने पर प्रतिक्रिया का आकलन करने के लिए, टीम ने P3HSe:PC को उजागर किया₇₀11.5 से 2 मिमी से 40 केवीपी एक्स-रे तक झुकने वाली त्रिज्या वाले बीएम डिटेक्टर। 11.5 मिमी के झुकने वाले त्रिज्या पर, डिटेक्टरों की संवेदनशीलता 0.1 μC/Gy/cm थी² और 0.03 पीए/मिमी जितनी कम डार्क करंट² जब -10 वी पर पक्षपात किया जाता है। 3.5 मिमी की सीमा त्रिज्या तक, डिटेक्टरों ने संवेदनशीलता में महत्वपूर्ण परिवर्तन प्रदर्शित नहीं किया, लेकिन इस सीमा से परे, फोटोक्रेक्ट प्राचीन स्थिति में संवेदनशीलता से काफी कम हो गया।

डिटेक्टर को 2 मिमी के दायरे में मोड़ने से पहले, उसके दौरान और बाद में प्रदर्शन की जांच करने से पता चला कि झुकने के दौरान इसकी संवेदनशीलता लगभग 20% कम हो गई, फिर आराम के बाद अपने प्रारंभिक मूल्य के करीब पहुंच गई।

अंत में, शोधकर्ताओं ने डिवाइस की यांत्रिक मजबूती का आकलन किया। 100 मिमी के दायरे तक 2 झुकने के चक्रों के बाद, घुमावदार डिटेक्टरों ने यांत्रिक विफलता का कोई संकेत नहीं दिखाया और संवेदनशीलता में 1.2% से कम भिन्नता दिखाई दी। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि हेटेरोएटम निगमन कार्बनिक अर्धचालकों पर आधारित उच्च प्रदर्शन वाले एक्स-रे डिटेक्टर बनाने के लिए एक सफल रणनीति प्रदान करता है।

क्या घुमावदार एक्स-रे डिटेक्टर चिकित्सा इमेजिंग में अगले विकास की शुरुआत कर सकते हैं?

"यह लचीले एक्स-रे डिटेक्टर बनाने का एक और मार्ग है, जो केवल कार्बनिक पदार्थों के साथ मजबूती से रहता है," रवि सिल्वाएडवांस्ड टेक्नोलॉजी इंस्टीट्यूट के निदेशक बताते हैं भौतिकी की दुनिया. “दोनों सिस्टम ब्रॉडबैंड उच्च संवेदनशीलता और अल्ट्रालो डार्क करंट प्रतिक्रिया के साथ एक्स-रे डिटेक्टर दिखाते हैं। केवल कार्बनिक अर्धचालकों पर आधारित यह प्रणाली ऊतक तुल्यता को पूरी तरह से संरक्षित करती है और एक्स-रे सिग्नल की अत्यधिक सटीक मैपिंग देगी, जिसे पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता नहीं हो सकती है, इसलिए ट्यूमर का शीघ्र पता लगाने के लिए एआई के साथ इसका उपयोग किया जा सकता है।

सिल्वा कहते हैं कि इस नई तकनीक का उपयोग विभिन्न प्रकार की सेटिंग्स में किया जा सकता है, जिसमें रेडियोथेरेपी, ऐतिहासिक कलाकृतियों को स्कैन करना और सुरक्षा स्कैनर शामिल हैं। “सरे विश्वविद्यालय, इसके स्पिन आउट के साथ सिल्वररे, लचीले एक्स-रे डिटेक्टरों में अग्रणी बना हुआ है - हमें यह देखकर खुशी हो रही है कि प्रौद्योगिकी कई प्रकार के उपयोगों के लिए वास्तविक वादा दिखाती है, ”वह कहते हैं। “मैमोग्राफी और सर्जरी सहित वास्तविक समय चिकित्सा विज्ञान भी संभव होगा। जैसा कि हम बोल रहे हैं, सिल्वररे इनमें से कुछ संभावनाओं पर विचार कर रहा है।"

लचीले कार्बनिक एक्स-रे डिटेक्टर का वर्णन किया गया है उन्नत विज्ञान.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/