Esnek X-ışını dedektörleri tıbbi görüntüleme ve radyoterapi için sıraya giriyor – Fizik Dünyası

X-ışını dedektörleri tanısal görüntüleme, radyoterapi dozimetrisi ve kişisel radyasyondan korunma dahil olmak üzere çok çeşitli tıbbi uygulamalarda önemli bir rol oynamaktadır. Bu uygulamaların çoğu, kavisli yüzeylere esnek bir şekilde uyum sağlayabilen geniş alanlı dedektörlere ihtiyaç duyar. Ancak çoğu ticari X-ışını dedektörü serttir, çok fazla enerji tüketir ve geniş alanlara imalatı pahalıdır.

Alternatiflerden biri, çevre dostu, düşük maliyetli üretim teknikleriyle geniş alanlı optoelektronik cihazlar oluşturmak için kullanılabilen organik yarı iletkenlerdir. Ancak organik malzemeler düşük X-ışını zayıflaması sergiler ve bu da dedektörlerin düşük hassasiyete sahip olmasına neden olur. Surrey Üniversitesi'nde yönetilen bir ekip İleri Teknoloji Enstitüsü bu sorunu çözmeyi hedefliyor. Araştırmacılar, organik bir yarı iletkene az miktarda yüksek Z elementleri ekleyerek, yüksek hassasiyete ve yüksek esnekliğe sahip organik X-ışını dedektörleri yarattılar.

"Bu yeni malzeme esnek, düşük maliyetli ve hassastır. Ancak heyecan verici olan şey, bu malzemenin doku eşdeğeri olmasıdır" diye açıklıyor ilk yazar Prabodhi Nanayakkara bir basın açıklamasında. "Bu, mevcut teknolojiyle mümkün olmayan canlı dozimetrinin önünü açıyor."

Ağır heteroatomlar

Yeni X-ışını soğurucu malzemeyi üretmek için araştırmacılar, p-tipi bir polimer olan P3HSe'yi oluşturmak için organik bir yarı iletkenin polimer zincirini yüksek Z selenyum heteroatomlarıyla değiştirdiler ve bunu bir n-tipi fulleren türevi olan PC ile harmanladılar.₇₀BM. X-ışını detektörünü, 55 µm kalınlığında bir soğurucu katman kullanarak bir cam altlık üzerinde oluşturdular.

Nanayakkara ve meslektaşları, performansını önceki dedektörlerin performansıyla karşılaştırarak yeni dedektörün tepki özelliklerini değerlendirdiler. kavisli X-ışını dedektörü adayı, organik bir toplu heteroeklem (NP-BHJ) içine entegre edilmiş bizmut oksit nanopartikülleri kullanılarak yapılmıştır.

İlk olarak, dedektörün algılama sınırını, sinyal-gürültü oranını ve dinamik aralığı (dozimetri ve tıbbi görüntülemede önemli parametreler) belirleyen karanlık akımı ölçtüler. P3HSe:PC₇₀BM dedektörleri 0.32 pA/mm'lik ultra düşük bir karanlık akım gösterdi² −10 V uygulanan öngerilim altında, 10 pA/mm'lik endüstriyel standart dahilinde² ve NP-BHJ dedektörlerininkiyle karşılaştırılabilir. Araştırmacılar, bu iki X-ışını dedektörünün, literatürdeki tüm organik, hibrit ve perovskit dedektörler arasında bugüne kadar bildirilen en düşük karanlık akımları gösterdiğine dikkat çekiyor.

Ekip, dedektörlerin hassasiyetini değerlendirmek için onları çeşitli X-ışını kaynaklarına maruz bıraktı. 70, 100, 150 ve 220 kVp X-ışını radyasyonuna maruz kaldığında P3HSe:PC₇₀BM dedektörleri 22.6, 540, 600 ve 550 nC/Gy/cm hassasiyet sergiledi², sırasıyla. Yine bu değerler NP-BHJ dedektörlerinden gözlemlenen değerlere benzer.

Heteroatom bazlı dedektörler aynı zamanda mükemmel doz ve doz hızı doğrusallığının yanı sıra tekrarlanan X-ışınına maruz kalma altında yüksek tekrarlanabilirlik de sergiledi. Araştırmacılar şunu belirtiyor: "Bu emicilerin nispeten düşük kalınlığına rağmen, P3HSe:PC₇₀BM ve NP-BHJ dedektörleri, daha yerleşik, en son teknolojiye sahip dedektör teknolojileriyle karşılaştırıldığında tatmin edici bir performans sergiliyor”.

Yeni dedektörler aynı zamanda uzun vadeli stabilite de sergiledi. Karanlıkta nitrojende 12 ay depolamanın ardından, karanlık akımda hafif bir artış gösterdiler (endüstriyel standartlar dahilinde kalmasına rağmen) ve X-ışını fotoakımı yanıtında gözle görülür bir değişiklik olmadı. 100 Gy'lik kümülatif doza tekrarlanan X-ışını maruziyeti dedektör performansını düşürmedi.

Eğrileri oluşturma

Daha sonra araştırmacılar yeni malzemeyi kavisli X-ışını dedektörleri üretmek için kullandılar. P3HSe:PC olarak₇₀BM filmleri NP-BHJ filmlerine benzer sertlik ve sertlik sergiledi; esnek alt tabakalar olarak daha önce NP-BHJ sistemiyle kullanılan aynı 75 µm kalınlığındaki poliimid filmleri kullandılar.

Ekip, deforme olmuş durumdaki tepkiyi değerlendirmek için P3HSe:PC'yi açığa çıkardı.₇₀11.5 ila 2 mm ila 40 kVp X-ışınları bükme yarıçapına sahip BM dedektörleri. 11.5 mm bükülme yarıçapında dedektörlerin duyarlılığı 0.1 µC/Gy/cm idi.² ve 0.03 pA/mm kadar düşük bir karanlık akım² −10 V'de öngerilim uygulandığında. 3.5 mm'lik eşik yarıçapına kadar, dedektörler hassasiyette önemli bir değişiklik göstermedi, ancak bu sınırın ötesinde fotoakım, bozulmamış durumdaki hassasiyete göre önemli ölçüde azaldı.

Dedektörün 2 mm'lik bir yarıçapa kadar bükülmesi öncesinde, sırasında ve sonrasında performansı incelendiğinde, hassasiyetinin bükülme sırasında yaklaşık %20 azaldığı, ardından gevşeme sonrasında başlangıç ​​değerine yakın bir seviyeye geri döndüğü ortaya çıktı.

Son olarak araştırmacılar cihazın mekanik sağlamlığını değerlendirdiler. 100 mm'lik bir yarıçapa kadar 2 bükme döngüsünden sonra, kavisli dedektörler hiçbir mekanik arıza belirtisi göstermedi ve hassasiyette %1.2'den daha az bir değişiklik gösterdi. Ekip, heteroatom birleştirmenin, organik yarı iletkenlere dayalı yüksek performanslı X-ışını dedektörleri oluşturmak için başarılı bir strateji sağladığı sonucuna varıyor.

Kavisli X-ışını dedektörleri tıbbi görüntülemede bir sonraki evrimin habercisi olabilir mi?

"Bu, yalnızca organik malzemelerle sağlam bir şekilde kalarak esnek X-ışını dedektörleri yapmanın başka bir yoludur." Ravi Silvaİleri Teknoloji Enstitüsü müdürü anlatıyor Fizik dünyası. "Her iki sistem de geniş bant yüksek hassasiyete ve ultra düşük karanlık akım tepkisine sahip X-ışını dedektörlerini gösteriyor. Yalnızca organik yarı iletkenlere dayanan bu sistem, doku eşdeğerliğini tamamen korur ve X-ışını sinyalinin son derece hassas bir şekilde haritalanmasını sağlar; bu, sonradan işleme gerek duymayabilir, dolayısıyla tümörlerin erken tespiti için yapay zeka ile birlikte kullanılabilir."

Silva, bu yeni teknolojinin radyoterapi, tarihi eserlerin taranması ve güvenlik tarayıcıları dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda kullanılabileceğini ekliyor. “Surrey Üniversitesi, yan kuruluşuyla birlikte GümüşRay, esnek X-ışını dedektörlerinde öncülük etmeye devam ediyor; teknolojinin çeşitli kullanımlar için gerçek umut vaat ettiğini görmekten memnuniyet duyuyoruz” diyor. “Mamografi ve ameliyatı da içeren gerçek zamanlı tedaviler de mümkün olacak. SilverRay biz konuşurken bu olasılıklardan bazılarına bakıyor."

Esnek organik X-ışını detektörü şu şekilde açıklanmaktadır: İleri Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/flexible-x-ray-detectors-line-up-for-medical-imaging-and-radiotherapy/