גלאי רנטגן גמישים עומדים בתור להדמיה רפואית והקרנות - עולם הפיזיקה

גלאי רנטגן ממלאים תפקיד מפתח במגוון רחב של יישומים רפואיים, לרבות הדמיה אבחנתית, דוסימטריה של הקרנות והגנת קרינה אישית. רבים מהיישומים הללו דורשים גלאים בעלי שטח גדול שיכולים להתאים בצורה גמישה למשטחים מעוקלים. אבל רוב גלאי הרנטגן המסחריים הם קשיחים, זוללי חשמל ויקרים לייצור לאזורים גדולים.

חלופה אחת היא מוליכים למחצה אורגניים, שניתן להשתמש בהם ליצירת התקנים אופטו-אלקטרוניים בשטח גדול באמצעות טכניקות ייצור ידידותיות לסביבה ובעלות נמוכה. חומרים אורגניים, לעומת זאת, מציגים הנחתה נמוכה של קרני רנטגן, וכתוצאה מכך גלאים בעלי רגישות נמוכה. צוות בראשות אוניברסיטת סורי מכון טכנולוגי מתקדם שואף לפתור בעיה זו. על ידי הוספת כמויות קטנות של אלמנטים גבוהים Z למוליך למחצה אורגני, החוקרים יצרו גלאי רנטגן אורגניים בעלי רגישות גבוהה וגמישות גבוהה.

"החומר החדש הזה הוא גמיש, זול ורגיש. אבל מה שמרגש הוא שהחומר הזה שווה ערך לרקמות", מסביר המחבר הראשון פראבודי נאניאקרה בהצהרה לעיתונות. "זה סולל את הדרך לדוסימטריה חיה, מה שפשוט לא אפשרי עם הטכנולוגיה הנוכחית."

כָּבֵד הטרואטומים

כדי לייצר את החומר החדש בולם קרני רנטגן, החוקרים שינו את שרשרת הפולימר של מוליך למחצה אורגני עם הטרואטומי סלניום גבוהים ב-Z ליצירת פולימר מסוג p, P3HSe, וערבבו זאת עם נגזרת פולרן מסוג n, PC₇₀ב.מ. הם יצרו את גלאי רנטגן על מצע זכוכית באמצעות שכבת סופגת בעובי של 55 מיקרומטר.

Nanayakkara ועמיתיו העריכו את מאפייני התגובה של הגלאי החדש, והשוו את ביצועיו לאלו של הקודם שלהם. מועמד לגלאי רנטגן מעוקל, עשוי באמצעות ננו-חלקיקים של תחמוצת ביסמוט המשולבים בהטרוג'נקציה בתפזורת אורגנית (NP-BHJ).

תחילה הם מדדו את זרם האפל, שקובע את גבול הגילוי של גלאי, יחס אות לרעש וטווח דינמי - פרמטרים מכריעים בדוסימטריה ובהדמיה רפואית. ה-P3HSe:PC₇₀גלאי BM הדגימו זרם כהה נמוך במיוחד של 0.32 pA/mm² תחת הטיה יישומית של −10 V, הרבה בתוך התקן התעשייתי של 10 pA/mm² וניתן להשוות לזה של גלאי NP-BHJ. החוקרים מציינים ששני גלאי רנטגן אלו מציגים את זרמי החושך הנמוכים ביותר שדווחו עד כה מכל הגלאים האורגניים, ההיברידיים והפרוסקיטים בספרות.

כדי להעריך את רגישות הגלאים, הצוות חשף אותם למקורות רנטגן שונים. כאשר נחשף לקרינת רנטגן של 70, 100, 150 ו-220 kVp, ה-P3HSe:PC₇₀גלאי BM הפגינו רגישויות של 22.6, 540, 600 ו-550 nC/Gy/cm², בהתאמה. שוב, ערכים אלה דומים לאלה שנצפו מגלאי NP-BHJ.

הגלאים המבוססים על הטרואטומים גם הציגו ליניאריות מעולה של מינון וקצב מינון, כמו גם יכולת שחזור גבוהה בחשיפה חוזרת לקרני רנטגן. החוקרים מציינים כי "למרות העובי הנמוך יחסית של הבולמים הללו, P3HSe:PC₇₀גלאי BM ו-NP-BHJ מציגים ביצועים משביעי רצון בהשוואה לטכנולוגיות גלאים מתקדמות ומתקדמות יותר".

הגלאים החדשים גם הפגינו יציבות ארוכת טווח. לאחר 12 חודשי אחסון בחנקן בחושך, הם הראו עלייה קלה בזרם הכהה (אם כי נותרו בגדר סטנדרטים תעשייתיים) וללא שינוי ניכר בתגובת הפוטו-רנטגן. חשיפות חוזרות לקרני רנטגן למינון מצטבר של 100 Gy לא פגעו בביצועי הגלאי.

יצירת הקימורים

לאחר מכן, החוקרים השתמשו בחומר החדש לייצור גלאי רנטגן מעוקלים. בתור P3HSe:PC₇₀סרטי BM הפגינו קשיחות וקשיחות דומים לסרטי NP-BHJ, הם השתמשו באותם סרטי פוליאמיד בעובי 75 מיקרומטר ששימשו בעבר עם מערכת NP-BHJ כמצעים גמישים.

כדי להעריך את התגובה בעודה מעוותת, הצוות חשף את P3HSe:PC₇₀גלאי BM עם רדיוסי כיפוף מ-11.5 עד 2 מ"מ עד 40 kVp קרני רנטגן. ברדיוס כיפוף של 11.5 מ"מ, לגלאים הייתה רגישות של 0.1 µC/Gy/cm² וזרם כהה נמוך עד 0.03 pA/mm² כשהם מוטים ב-10 V. עד לרדיוס סף של 3.5 מ"מ, הגלאים לא הציגו שינוי משמעותי ברגישות, אך מעבר לגבול זה, זרם הפוטו ירד במידה ניכרת מהרגישות במצב בתולי.

בחינת הביצועים לפני, במהלך ואחרי כיפוף הגלאי לרדיוס של 2 מ"מ העלתה כי רגישותו ירדה בכ-20% במהלך הכיפוף, ולאחר מכן התאוששה לכדי ערכו ההתחלתי לאחר הרפיה.

לבסוף, החוקרים העריכו את החוסן המכאני של המכשיר. לאחר 100 מחזורי כיפוף עד לרדיוס של 2 מ"מ, הגלאים המעוקלים לא הראו סימנים לכשל מכני ופחות מ-1.2% שונות ברגישות. הצוות מסיק ששילוב הטרואטום מספק אסטרטגיה מוצלחת ליצירת גלאי רנטגן בעלי ביצועים גבוהים המבוססים על מוליכים למחצה אורגניים.

האם גלאי רנטגן מעוקלים יכולים לבשר על האבולוציה הבאה בתחום ההדמיה הרפואית?

"זהו עוד דרך לייצור גלאי רנטגן גמישים, שיישארו איתן רק עם חומרים אורגניים", רבי סילבה, מספר מנהל המכון לטכנולוגיה מתקדמת עולם הפיזיקה. "שתי המערכות מציגות גלאי רנטגן עם רגישות גבוהה בפס רחב ותגובת זרם כהה נמוך במיוחד. מערכת זו המבוססת רק על מוליכים למחצה אורגניים משמרת באופן מלא את שקילות הרקמה ותיתן מיפוי מדויק ביותר של אות רנטגן, שאולי לא צריך עיבוד לאחר ולכן ניתן להשתמש בו עם AI לזיהוי מוקדם של גידולים."

סילבה מוסיף כי ניתן להשתמש בטכנולוגיה החדשה הזו במגוון הגדרות, כולל הקרנות, סריקת חפצים היסטוריים ובסורקי אבטחה. "אוניברסיטת סארי, יחד עם הספין אאוט שלה SilverRay, ממשיך להוביל את הדרך בגלאי רנטגן גמישים - אנו שמחים לראות שהטכנולוגיה מראה הבטחה אמיתית למגוון שימושים", הוא אומר. "יתאפשרו גם ממוגרפיה וטיפולים בזמן אמת כולל ניתוחים. SilverRay בוחן כמה מהאפשרויות האלה בזמן שאנחנו מדברים."

גלאי קרני הרנטגן האורגני הגמיש מתואר ב מדע מתקדם.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/