Máy dò tia X linh hoạt được xếp hàng cho chụp ảnh y tế và xạ trị – Vật lý Thế giới

Máy dò tia X linh hoạt được xếp hàng cho chụp ảnh y tế và xạ trị – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 23 tháng 2023 năm 4 30:XNUMX sáng

Máy dò tia X tương đương với mô
Máy dò tương đương mô Các máy dò tia X linh hoạt dựa trên chất bán dẫn hữu cơ được biến đổi với các nguyên tử có hệ số Z cao có thể tỏ ra lý tưởng cho nhiều ứng dụng chụp ảnh y tế, xạ trị và đo liều. (Lịch sự: Prabodhi Nanayakkara)

Máy dò tia X đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng y tế, bao gồm chẩn đoán hình ảnh, đo liều xạ trị và bảo vệ bức xạ cá nhân. Nhiều ứng dụng trong số này yêu cầu máy dò diện tích lớn có thể linh hoạt phù hợp với các bề mặt cong. Nhưng hầu hết các máy dò tia X thương mại đều cứng, ngốn điện và tốn kém để chế tạo trên diện rộng.

Một giải pháp thay thế là chất bán dẫn hữu cơ, có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị quang điện tử diện rộng thông qua các kỹ thuật sản xuất chi phí thấp, thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, các vật liệu hữu cơ có độ suy giảm tia X thấp, dẫn đến máy dò có độ nhạy thấp. Một nhóm đứng đầu tại Đại học Surrey Viện công nghệ tiên tiến nhằm mục đích giải quyết vấn đề này. Bằng cách thêm một lượng nhỏ nguyên tố Z cao vào chất bán dẫn hữu cơ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra máy dò tia X hữu cơ có độ nhạy cao và tính linh hoạt cao.

“Vật liệu mới này linh hoạt, chi phí thấp và nhạy cảm. Nhưng điều thú vị là vật liệu này tương đương với mô,” tác giả đầu tiên giải thích. Prabodhi Nanayakkara trong một thông cáo báo chí. “Điều này mở đường cho phép đo liều lượng trực tiếp, điều mà công nghệ hiện tại không thể thực hiện được.”

Nặng dị hợp tử

Để chế tạo vật liệu hấp thụ tia X mới, các nhà nghiên cứu đã biến đổi chuỗi polyme của chất bán dẫn hữu cơ với các nguyên tử selen có hệ số Z cao để tạo ra polyme loại p, P3HSe, và trộn nó với dẫn xuất fullerene loại n, PC.70BM. Họ đã tạo ra máy dò tia X trên đế thủy tinh bằng cách sử dụng lớp hấp thụ dày 55 µm.

Nanayakkara và các đồng nghiệp đã đánh giá các đặc tính phản ứng của máy dò mới, so sánh hiệu suất của nó với máy dò trước đó. ứng cử viên máy dò tia X cong, được tạo ra bằng cách sử dụng các hạt nano oxit bismuth được tích hợp vào một dị thể khối hữu cơ (NP-BHJ).

Đầu tiên, họ đo dòng điện tối, xác định giới hạn phát hiện, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và dải động của máy dò – những thông số quan trọng trong phép đo liều lượng và hình ảnh y tế. P3HSe:PC70Máy dò BM cho thấy dòng tối cực thấp 0.32 pA/mm2 dưới độ lệch ứng dụng −10 V, nằm trong tiêu chuẩn công nghiệp 10 pA/mm2 và có thể so sánh với máy dò NP-BHJ. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng hai máy dò tia X này hiển thị dòng điện tối thấp nhất được báo cáo cho đến nay so với tất cả các máy dò hữu cơ, lai và perovskite trong tài liệu.

Để đánh giá độ nhạy của máy dò, nhóm nghiên cứu đã cho chúng tiếp xúc với nhiều nguồn tia X khác nhau. Khi tiếp xúc với bức xạ tia X 70, 100, 150 và 220 kVp, P3HSe:PC70Đầu dò BM có độ nhạy 22.6, 540, 600 và 550 nC/Gy/cm2, tương ứng. Một lần nữa, những giá trị này tương tự với những giá trị được quan sát từ máy dò NP-BHJ.

Các máy dò dựa trên nguyên tử dị hợp cũng cho thấy độ tuyến tính liều lượng và suất liều tuyệt vời, cũng như độ tái lập cao khi tiếp xúc với tia X lặp đi lặp lại. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng “mặc dù độ dày tương đối thấp của các chất hấp thụ này, P3HSe:PC70Các máy dò BM và NP-BHJ cho thấy hiệu suất đạt yêu cầu so với các công nghệ máy dò tiên tiến hơn”.

Các máy dò mới cũng cho thấy sự ổn định lâu dài. Sau 12 tháng bảo quản trong nitơ ở nơi tối, chúng cho thấy dòng điện tối tăng nhẹ (mặc dù vẫn nằm trong tiêu chuẩn công nghiệp) và không có sự thay đổi đáng kể nào về phản ứng dòng quang tia X. Việc tiếp xúc với tia X nhiều lần với liều tích lũy 100 Gy không làm giảm hiệu suất của máy dò.

Tạo các đường cong

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sử dụng vật liệu mới để chế tạo máy dò tia X dạng cong. Như P3HSe:PC70Màng BM thể hiện độ cứng và độ cứng tương tự như màng NP-BHJ. Họ sử dụng cùng loại màng polyimide dày 75 µm trước đây được sử dụng với hệ thống NP-BHJ làm chất nền linh hoạt.

Để đánh giá phản ứng khi bị biến dạng, nhóm nghiên cứu đã tiếp xúc với P3HSe:PC70Đầu dò BM có bán kính uốn tia X từ 11.5 đến 2 mm đến 40 kVp. Ở bán kính uốn 11.5 mm, máy dò có độ nhạy 0.1 µC/Gy/cm2 và dòng điện tối thấp tới 0.03 pA/mm2 khi sai lệch ở −10 V. Lên đến bán kính ngưỡng 3.5, XNUMX mm, các máy dò không hiển thị sự thay đổi đáng kể về độ nhạy, nhưng vượt quá giới hạn này, dòng quang giảm đáng kể so với độ nhạy trong điều kiện nguyên sơ.

Kiểm tra hiệu suất trước, trong và sau khi uốn máy dò đến bán kính 2 mm cho thấy độ nhạy của nó giảm khoảng 20% ​​trong quá trình uốn, sau đó phục hồi về gần giá trị ban đầu sau khi thư giãn.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã đánh giá độ bền cơ học của thiết bị. Sau 100 chu kỳ uốn cong xuống bán kính 2 mm, các máy dò cong không có dấu hiệu hỏng hóc cơ học và độ nhạy thay đổi ít hơn 1.2%. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng việc kết hợp các nguyên tử khác loại mang lại một chiến lược thành công để tạo ra các máy dò tia X hiệu suất cao dựa trên chất bán dẫn hữu cơ.

“Đây là một con đường khác để chế tạo máy dò tia X linh hoạt, chỉ bám chắc bằng vật liệu hữu cơ,” Ravi Silva, Giám đốc Viện Công nghệ tiên tiến cho biết Thế giới vật lý. “Cả hai hệ thống đều hiển thị máy dò tia X có độ nhạy cao băng thông rộng và phản ứng dòng tối cực thấp. Hệ thống này chỉ dựa trên chất bán dẫn hữu cơ sẽ bảo toàn hoàn toàn sự tương đương của mô và sẽ đưa ra bản đồ tín hiệu tia X có độ chính xác cao, có thể không cần xử lý hậu kỳ nên có thể sử dụng với AI để phát hiện sớm các khối u.”

Silva cho biết thêm rằng công nghệ mới này có thể được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm xạ trị, quét các hiện vật lịch sử và trong máy quét an ninh. “Đại học Surrey, cùng với sự thành lập của nó tia bạc, tiếp tục dẫn đầu về máy dò tia X linh hoạt – chúng tôi rất vui khi thấy công nghệ này thực sự hứa hẹn cho nhiều mục đích sử dụng,” ông nói. “Chụp nhũ ảnh và trị liệu theo thời gian thực bao gồm cả phẫu thuật cũng sẽ có thể thực hiện được. SilverRay đang xem xét một số khả năng này khi chúng tôi nói chuyện.”

Máy dò tia X hữu cơ linh hoạt được mô tả trong Khoa học nâng cao.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý