Detektor sinar-X yang fleksibel tersedia untuk pencitraan medis dan radioterapi – Dunia Fisika

Detektor sinar-X memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi medis, termasuk pencitraan diagnostik, dosimetri radioterapi, dan proteksi radiasi pribadi. Banyak dari aplikasi ini memerlukan detektor area luas yang dapat secara fleksibel menyesuaikan diri dengan permukaan melengkung. Namun sebagian besar detektor sinar-X komersial bersifat kaku, boros daya, dan mahal untuk dibuat di area yang luas.

Salah satu alternatifnya adalah semikonduktor organik, yang dapat digunakan untuk membuat perangkat optoelektronik dengan area luas melalui teknik manufaktur yang ramah lingkungan dan berbiaya rendah. Bahan organik, bagaimanapun, menunjukkan redaman sinar-X yang rendah, sehingga menghasilkan detektor dengan sensitivitas rendah. Sebuah tim dipimpin di Universitas Surrey Institut Teknologi Lanjut bertujuan untuk memecahkan masalah ini. Dengan menambahkan sejumlah kecil elemen Z tinggi ke semikonduktor organik, para peneliti menciptakan detektor sinar-X organik dengan sensitivitas tinggi dan fleksibilitas tinggi.

“Bahan baru ini fleksibel, berbiaya rendah dan sensitif. Namun yang menarik adalah bahan ini setara dengan jaringan,” jelas penulis pertama Prabodhi Nanayakkara dalam pernyataan pers. “Ini membuka jalan bagi dosimetri langsung, yang tidak mungkin dilakukan dengan teknologi saat ini.”

Berat heteroatom

Untuk membuat bahan penyerap sinar-X yang baru, para peneliti memodifikasi rantai polimer semikonduktor organik dengan heteroatom selenium Z tinggi untuk membuat polimer tipe-p, P3HSe, dan memadukannya dengan turunan fullerene tipe-n, PC.₇₀BM. Mereka menciptakan detektor sinar-X pada substrat kaca menggunakan lapisan penyerap setebal 55 µm.

Nanayakkara dan rekannya mengevaluasi karakteristik respons detektor baru tersebut, dan membandingkan kinerjanya dengan kinerja detektor sebelumnya kandidat detektor sinar-X melengkung, dibuat menggunakan nanopartikel bismut oksida yang diintegrasikan ke dalam heterojunction curah organik (NP-BHJ).

Mereka pertama-tama mengukur arus gelap, yang menentukan batas deteksi detektor, rasio sinyal terhadap kebisingan, dan rentang dinamis – parameter penting dalam dosimetri dan pencitraan medis. P3HSe:PC₇₀Detektor BM menunjukkan arus gelap sangat rendah sebesar 0.32 pA/mm² di bawah bias yang diterapkan sebesar −10 V, berada dalam standar industri 10 pA/mm² dan sebanding dengan detektor NP-BHJ. Para peneliti menunjukkan bahwa kedua detektor sinar-X ini menampilkan arus gelap terendah yang dilaporkan hingga saat ini dibandingkan semua detektor organik, hibrida, dan perovskit dalam literatur.

Untuk mengevaluasi sensitivitas detektor, tim memaparkannya ke berbagai sumber sinar-X. Ketika terkena radiasi sinar-X 70, 100, 150 dan 220 kVp, P3HSe:PC₇₀Detektor BM menunjukkan sensitivitas 22.6, 540, 600 dan 550 nC/Gy/cm², masing-masing. Sekali lagi, nilai-nilai ini serupa dengan yang diamati dari detektor NP-BHJ.

Detektor berbasis heteroatom juga menunjukkan linearitas dosis dan laju dosis yang sangat baik, serta kemampuan reproduksi yang tinggi di bawah paparan sinar-X yang berulang. Para peneliti mencatat bahwa “meskipun ketebalan peredam ini relatif rendah, P3HSe:PC₇₀Detektor BM dan NP-BHJ menampilkan kinerja yang memuaskan dibandingkan dengan teknologi detektor yang lebih canggih dan canggih”.

Detektor baru ini juga menunjukkan stabilitas jangka panjang. Setelah 12 bulan penyimpanan dalam nitrogen dalam gelap, mereka menunjukkan sedikit peningkatan dalam arus gelap (meskipun masih dalam standar industri) dan tidak ada variasi nyata dalam respon arus sinar-X. Paparan sinar-X berulang dengan dosis kumulatif 100 Gy tidak menurunkan kinerja detektor.

Membuat kurva

Selanjutnya, para peneliti menggunakan bahan baru untuk membuat detektor sinar-X yang melengkung. Seperti P3HSe:PC₇₀Film BM menunjukkan kekakuan dan kekerasan yang serupa dengan film NP-BHJ, film tersebut menggunakan film polimida setebal 75 µm yang sama yang sebelumnya digunakan dengan sistem NP-BHJ sebagai substrat fleksibel.

Untuk menilai respons saat mengalami deformasi, tim memaparkan P3HSe:PC₇₀Detektor BM dengan radius lentur dari 11.5 hingga 2 mm hingga 40 kVp sinar-X. Pada radius lentur 11.5 mm, detektor memiliki sensitivitas 0.1 µC/Gy/cm² dan arus gelap serendah 0.03 pA/mm² ketika dibias pada −10 V. Hingga radius ambang batas 3.5 mm, detektor tidak menampilkan perubahan sensitivitas yang signifikan, tetapi di luar batas ini, arus foto berkurang secara signifikan dari sensitivitas dalam kondisi murni.

Pengujian kinerja sebelum, selama, dan setelah pembengkokan detektor hingga radius 2 mm menunjukkan bahwa sensitivitasnya menurun sekitar 20% selama pembengkokan, kemudian pulih hingga mendekati nilai awalnya setelah relaksasi.

Terakhir, para peneliti menilai ketahanan mekanis perangkat tersebut. Setelah 100 siklus pembengkokan hingga radius 2 mm, detektor melengkung tidak menunjukkan tanda-tanda kegagalan mekanis dan variasi sensitivitas kurang dari 1.2%. Tim menyimpulkan bahwa penggabungan heteroatom memberikan strategi yang sukses untuk menciptakan detektor sinar-X berkinerja tinggi berdasarkan semikonduktor organik.

Bisakah detektor sinar-X melengkung menandai evolusi berikutnya dalam pencitraan medis?

“Ini adalah cara lain untuk membuat detektor sinar-X yang fleksibel, dan hanya menggunakan bahan organik,” Ravi Silva, direktur Institut Teknologi Lanjutan, menceritakan Dunia Fisika. “Kedua sistem menunjukkan detektor sinar-X dengan sensitivitas broadband tinggi dan respons arus gelap sangat rendah. Sistem yang hanya didasarkan pada semikonduktor organik ini sepenuhnya mempertahankan kesetaraan jaringan dan akan memberikan pemetaan sinyal sinar-X yang sangat akurat, yang mungkin tidak memerlukan pasca-pemrosesan sehingga dapat digunakan dengan AI untuk deteksi dini tumor.”

Silva menambahkan bahwa teknologi baru ini dapat digunakan dalam berbagai situasi, termasuk radioterapi, pemindaian artefak sejarah, dan pemindai keamanan. “Universitas Surrey, beserta pengembangannya Sinar Perak, terus menjadi yang terdepan dalam detektor sinar-X yang fleksibel – kami senang melihat teknologi ini menunjukkan harapan nyata untuk berbagai kegunaan,” katanya. “Mammografi dan terapi real-time termasuk pembedahan juga dapat dilakukan. SilverRay sedang mempertimbangkan beberapa kemungkinan ini saat kita berbicara.”

Detektor sinar-X organik fleksibel dijelaskan dalam Ilmu Pengetahuan Lanjut.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/