Rugalmas röntgendetektorok sorakoznak az orvosi képalkotáshoz és sugárterápiához – Fizika világa

A röntgendetektorok kulcsszerepet játszanak az orvosi alkalmazások széles körében, beleértve a diagnosztikai képalkotást, a sugárterápiás dozimetriát és a személyes sugárvédelmet. Ezen alkalmazások közül sok olyan nagy felületű detektorokat igényel, amelyek rugalmasan alkalmazkodnak az ívelt felületekhez. De a legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható röntgendetektor merev, energiaigényes és költséges nagy területekre gyártani.

Az egyik alternatíva a szerves félvezetők, amelyek segítségével környezetbarát, alacsony költségű gyártási technikákkal nagy felületű optoelektronikai eszközöket lehet létrehozni. A szerves anyagok azonban csekély röntgencsillapítást mutatnak, ami alacsony érzékenységű detektorokat eredményez. Egy csapat a Surrey Egyetemen haladt Fejlett Technológiai Intézet célja ennek a probléma megoldása. Kis mennyiségű nagy Z-értékű elem hozzáadásával egy szerves félvezetőhöz a kutatók nagy érzékenységű és nagy rugalmasságú szerves röntgendetektorokat hoztak létre.

„Ez az új anyag rugalmas, olcsó és érzékeny. De ami izgalmas, az az, hogy ez az anyag szövetekvivalens” – magyarázza az első szerző Prabodhi Nanayakkara sajtónyilatkozatában. "Ez megnyitja az utat az élő dozimetria előtt, ami a jelenlegi technológiával egyszerűen nem lehetséges."

Nehéz, súlyos heteroatomok

Az új röntgensugár-elnyelő anyag előállításához a kutatók egy nagy Z-értékű szelénheteroatomokat tartalmazó szerves félvezető polimerláncát módosították, így p-típusú polimert, P3HSe-t hoztak létre, és ezt egy n-típusú fullerén-származékkal, a PC-vel keverték össze.₇₀BM. Üveghordozóra hozták létre a röntgendetektort 55 µm vastagságú abszorber réteg felhasználásával.

Nanayakkara és munkatársai értékelték az új detektor válaszjellemzőit, összehasonlítva a teljesítményét a korábbiéval. ívelt röntgendetektor jelölt, bizmut-oxid nanorészecskékből készült szerves ömlesztett heterojunkcióba (NP-BHJ) integrálva.

Először megmérték a sötétáramot, amely meghatározza a detektor észlelési határát, a jel-zaj arányt és a dinamikus tartományt – a dozimetria és az orvosi képalkotás döntő paramétereit. A P3HSe:PC₇₀A BM detektorok ultraalacsony, 0.32 pA/mm-es sötétáramot mutattak² –10 V alkalmazott torzítás mellett, jóval a 10 pA/mm ipari szabványon belül² és összehasonlítható az NP-BHJ detektorokéval. A kutatók rámutatnak, hogy ez a két röntgendetektor mutatja a legalacsonyabb sötétáramot az irodalomban szereplő összes szerves, hibrid és perovszkit detektor közül.

A detektorok érzékenységének értékelése érdekében a csapat különböző röntgenforrásoknak tette ki őket. Ha 70, 100, 150 és 220 kVp röntgensugárzásnak van kitéve, a P3HSe:PC₇₀A BM detektorok érzékenysége 22.6, 540, 600 és 550 nC/Gy/cm², ill. Ezek az értékek ismét hasonlóak az NP-BHJ detektoroknál megfigyeltekhez.

A heteroatom alapú detektorok emellett kiváló dózis- és dózisteljesítmény-linearitást, valamint ismételt röntgensugárzás mellett is nagy reprodukálhatóságot mutattak. A kutatók megjegyzik, hogy „az abszorberek viszonylag alacsony vastagsága ellenére a P3HSe:PC₇₀A BM és NP-BHJ detektorok kielégítő teljesítményt mutatnak a bevált, legkorszerűbb detektortechnológiákhoz képest.

Az új detektorok hosszú távú stabilitást is mutattak. 12 hónapig nitrogénben, sötétben történő tárolás után enyhe növekedést mutattak a sötétáramban (bár jóval az ipari szabványokon belül maradtak), és nem változtak észrevehető eltérések a röntgensugaras fotoáram válaszában. A 100 Gy kumulatív dózisú ismételt röntgensugárzás nem rontotta a detektor teljesítményét.

A görbék létrehozása

Ezután a kutatók az új anyagot íves röntgendetektorok gyártására használták fel. Mint a P3HSe:PC₇₀A BM fóliák hasonló merevséget és keménységet mutattak, mint az NP-BHJ fóliák, rugalmas szubsztrátumként ugyanazokat a 75 µm vastag poliimid fóliákat alkalmazták, mint korábban az NP-BHJ rendszerrel.

A deformált reakció értékeléséhez a csapat a P3HSe:PC-t tárta fel₇₀BM detektorok 11.5 és 2 mm közötti hajlítási sugarakkal 40 kVp röntgensugárzásig. 11.5 mm-es hajlítási sugárnál a detektorok érzékenysége 0.1 µC/Gy/cm² és a sötétáram akár 0.03 pA/mm² 10 mm-es küszöbsugárig a detektorok nem mutattak szignifikáns változást az érzékenységben, de ezen a határon túl a fényáram jelentősen csökkent az érintetlen állapot érzékenységéhez képest.

A detektor 2 mm-es sugarú hajlítása előtti, alatti és utáni teljesítményét vizsgálva kiderült, hogy az érzékenysége hajlítás közben kb. 20%-kal csökkent, majd relaxáció után visszaállt a kezdeti érték közelébe.

Végül a kutatók felmérték az eszköz mechanikai robusztusságát. 100 hajlítási ciklus után 2 mm-es sugárig az ívelt detektorok nem mutatták a mechanikai meghibásodás jeleit, és kevesebb, mint 1.2%-os eltérést mutattak az érzékenységben. A csapat arra a következtetésre jutott, hogy a heteroatom beépítése sikeres stratégiát biztosít a szerves félvezetőkön alapuló, nagy teljesítményű röntgendetektorok létrehozására.

Az ívelt röntgendetektorok beharangozhatják az orvosi képalkotás következő fejlődését?

"Ez egy másik út a rugalmas röntgendetektorok előállításához, amelyek szilárdan csak szerves anyagokat használnak" Ravi Silva, az Advanced Technology Institute igazgatója mondja Fizika Világa. „Mindkét rendszer szélessávú, nagy érzékenységű és ultraalacsony sötétáram-reakcióval rendelkező röntgendetektorokat mutat. Ez a kizárólag szerves félvezetőkön alapuló rendszer teljes mértékben megőrzi a szövetek egyenértékűségét, és rendkívül pontos leképezést ad a röntgenjelről, ami esetleg nem igényel utófeldolgozást, így mesterséges intelligenciával együtt is használható a daganatok korai felismerésére.”

Silva hozzáteszi, hogy ezt az új technológiát sokféle környezetben lehet használni, beleértve a sugárterápiát, a történelmi műalkotások szkennelését és a biztonsági szkennereket. – A Surrey-i Egyetem, annak kiforgatásával együtt SilverRay, továbbra is vezető szerepet tölt be a rugalmas röntgendetektorok terén – örömmel látjuk, hogy a technológia valódi ígéretet mutat számos felhasználási területen” – mondja. „A mammográfia és a valós idejű terápia, beleértve a műtétet, szintén lehetséges lesz. A SilverRay ezen lehetőségek közül néhányat megvizsgál, miközben beszélünk.”

A rugalmas szerves röntgendetektor leírása a Haladó tudomány.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/