Perovskit kamera: SPECT ve görüntü sensörlerinde yeni bir ölçüt

Dönem "perovskit odası» iki şekilde inovasyon radarına girdi: bir yandan, Nükleer tıpta, kayıt yapabilen dedektörlerle tek gama fotonları biriyle eşi benzeri görülmemiş bir hassasiyet; öte yandan, Daha fazla ışık ve daha az gürültü vadeden üst üste bindirilmiş RGB sensörlere sahip dijital fotoğrafçılıkHer iki gelişmenin de kaynağı aynı: Perovskit yapıya sahip kristallerin olağanüstü özellikleri.

Hastanelerde bu teknoloji şunları hedefliyor: SPECT gibi tekniklerde tarama sürelerini kısaltın, keskinliği artırın ve radyasyon dozunu azaltın; imgeler dünyasında, kapıyı açar neredeyse tüm görünür spektrumu yakalayan sensörlerArkasında Çin'deki Northwestern Üniversitesi ve Soochow Üniversitesi'nden ekipler ve Empa ile ETH Zürih'ten oluşan bir konsorsiyum var. Rekor performans ve işlevsel prototipler sergilediler ve bunlar şimdiden ticarileşmeye yaklaşıyor..

Perovskit gama kamera nedir ve SPECT nasıl çalışır?

En SPECT (tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi) vücuda kısa ömürlü bir radyoaktif izleyici enjekte edilir; gama emisyonları dokulardan geçer ve organik aktiviteyi 3 boyutlu olarak yeniden yapılandıran harici bir dedektör tarafından yakalanır, sanki bir "görünmez" kamera. için kullanılır diğer testlerde gösterilmeyen kalp fonksiyonunu, kan akışını veya yaralanmaları değerlendirmek.

Sıçrama, dedektörün darboğaz olmaktan çıkmasıyla gerçekleşir. Northwestern ve Soochow ekibi ilk perovskit dedektörünü tanıttı yüksek enerji ve uzaysal çözünürlükle gama fotonlarını tek tek yakalayabilen, SPECT görüntüleme için optimize edilmiştirNature Communications'da yayınlanan bu çalışma, on yıl önce bir vaat olan perovskitleri gerçeğe dönüştürüyor Güneş enerjisinin yanı sıra X-ışınları ve gama ışınlarının tespitinde de ustalaşabilirler..

İşin sırrı, yüksek kaliteli perovskit kristallerden yapılmış, cep telefonu kamerasındaki piksellere benzer bir matris olan "pikselli" bir sensörde yatıyor. Hassas bir şekilde ayarlanmış çok kanallı okuma elektronik tasarımına sahip olan prototip, çok zayıf sinyalleri sıkıştırabilen olağanüstü kararlılık ve hassasiyet gösterir gibi klinik radyofarmasötiklerin teknesyum-99mBu mimari her fotonu daha temiz, daha kesin bilgiye dönüştürüyor.

Hasta için sonuçlar doğrudandır: daha kısa tarama süreleri, daha keskin görüntüler ve doz azaltma potansiyeli. Sistemsel bir bakış açısından, gama enerjilerini daha yüksek hassasiyetle ayırt etme yeteneği daha zengin üç boyutlu yeniden yapılandırmalara ve yeni tanı uygulamalarına kapı açıyor enerji seçiciliğinin fark yarattığı yer.

Çalışma ayrıca Savunma Tehdit Azaltma Ajansı (HDTRA12020002), Çin'deki ulusal programlar ve bölgesel vakıflar da dahil olmak üzere üst düzey kurumsal ve finansal destek aldı ve Klinik benimsemeye doğru bir dönüm noktası olarak sunulmaktadırTam referansı bulmak isteyenler için makale şuradan alınmıştır: Nature Communications'da açık erişim (DOI: 10.1038/s41467-025-63400-7).

Geleneksel dedektörler neden başarısız oluyor?

Çoğu klinik gama kamerası kristalleri kullanır CdZnTe (CZT) veya sodyum iyodür (NaI). CZT'ler çok yüksek çözünürlük sağlayabilir, ancak zayıf noktaları maliyet ve kırılganlıktır: büyük, yüksek kaliteli kristaller yetiştirmek karmaşık ve pahalıdır, birim başına fiyatı yüz binlerce hatta milyonlarca dolara çıkarır ve ek bir avantaj olarak kırılgan malzemelerdir.

NaI ise sistemi daha ucuz hale getiriyor ama hacim ve keskinlikten ödün vererek: Görüntüler sanki bir camdan bakıyormuşuz gibi detay ve kontrast kaybediyor. kararmışBu hassasiyet azalması, ince fizyolojik değişikliklerin bulanıklaşmasına neden olarak, örneğin farklı perfüzyon düzenlerine sahip demans tiplerinde erken veya farklı tanıların konulmasını zorlaştırır.

Her iki durumda da, nihai denklem tam olarak tutarlı değil: Ya kalite ve yüzey üretim kısıtlamaları için daha fazla ödeme yaparsınız ya da çözünürlükten ödün vererek tasarruf edersiniz. Perovskit bazlı dedektörler, alışılmadık bir kombinasyon sunarak bu boşluğu doldurur. performans ve uygun fiyat.

Kalite sıçraması: Nükleer tıpta perovskitler

Perovskitler bir adını CaTiO3 yapısına sahip bir mineralden alan kristalin aileAncak Bugün aynı geometriye sahip malzemeleri de içeriyor —kurşun halojenürler dahil— fotovoltaiklerde devrim yaratan2012 yılında Northwestern grubu ilk katı film perovskit güneş hücrelerini tanıttı; bir yıl sonra, şunu kanıtladılar: tek kristaller Perovskit'ler X-ışınlarını ve gama ışınlarını etkili bir şekilde tespit ettiuluslararası alanda büyüyen bir araştırma alanı açıyor.

O zamandan beri, Kristal büyütme ve yüzey mühendisliği teknikleri, bu potansiyeli gerçek cihazlara dönüştürmek için mükemmelleştirildi.Yeni dedektör, bir perovskit piksel dizisi, optimize edilmiş çok kanallı okuma ve kayıpları ve bozulmaları en aza indiren bir koşullandırmayı bir araya getiriyor. Sonuç: Radyoaktif kaynakları milimetrelerle ayıran görüntüler ve çok zayıf sinyalleri algılayabilecek hassasiyet rutin olarak kullanılan Tc-99m'nin.

Öne çıkan materyallerden biri, halojenür CsPbBr3, Bu tip sensörler için gerekli elektronik ve taşıma özelliklerini sunarGama enerjilerini ayırt etme yeteneği, farklı imzalara sahip dokular veya fizyolojik süreçler arasında daha iyi bir kontrast sağlar. Bu enerji seçiciliği, tespit edilen her fotondan daha fazla bilgi elde edilmesini sağlar.

Cihaz, keskinliğinin ötesinde, çarpıcı bir dengeyi de koruyor: Test sırasında gözle görülür bir kayıp veya bozulma olmadan neredeyse tüm izleyici sayısını yakalarBu operasyonel sağlamlık, zorlu iş akışları ve sürekli kalibrasyon gereksinimleri olan klinik sistemlere gelecekte entegrasyonunun anahtarıdır.

Pratik faydaları açıktır. Daha hassas dedektörlerle, tarama süreleri veya uygulanan dozlar kaliteyi feda etmeden azaltılabilirAyrıca, CZT'lerden daha basit süreçler ve bileşenlerle üretilebilmeleri sayesinde maliyetler azalıyor ve şu anda en son teknolojiyi karşılayamayan hastanelere ve kliniklere gelişmiş ekipmanların ulaşmasının önü açılıyor.

Gerçek etki, maliyetler ve pazarlama

Northwestern, bu teknolojiyi laboratuvardan pazara sunmak için tıbbi cihaz üreticileriyle iş birliği yaparak Actinia Inc. adlı bir yan kuruluş kurdu. Amaç, kompakt, hassas ve uygun fiyatlı gama kameralarıFiyatı bir engel haline getirmeden yüksek kaliteli tanıya erişimi genişleten.

NaI ile karşılaştırıldığında, perovskit dedektörleri Çözünürlük kaybı olmadan daha düşük radyoaktif izleyici dozlarıyla çalışmak için gerçekçi bir yol sunarlar.CZT'nin önünde bir vaatte bulunuyorlar çok daha düşük fatura ve daha az hassas bir üretim sürecifoton düzeyinde görüntüleme kabiliyetini koruyarak ve mükemmel enerji çözünürlüğüPerformans ve maliyetin birleşimi bu öneriyi yıkıcı hale getiriyor.

Klinikçi açısından bu, protokolün ayarlanması olasılığı anlamına gelir: Maksimum ayrıntı gerektiğinde, kamera yanıt verir; Standart kalite yeterli olduğunda hız veya kalite ön planda tutulabilir. hasta maruziyetini en aza indirmekÖzellikle yüksek enerjili tetkiklerin yaygın olduğu onkolojik veya bulaşıcı hastalıklarda bu esneklik çok değerlidir.

Prototipin deneysel doğrulaması, birkaç milimetre arayla yerleştirilen küçük radyoaktif kaynakların ayrıldığını gösteriyor; bu da kalite kontrol testlerini zenginleştirir ve bu sistemlerin neler yapabileceğine dair beklentileri kalibre eder in vivo çözmekEnerjileri ayırt etme yeteneğine ek olarak, SPECT'in kendi içinde daha gelişmiş modalitelerin temelini atar.

İlgili makale:

OptiScaler nasıl çalışır ve ne için kullanılır?

Alberto navarro

Ben "inek" merakını mesleğe dönüştürmüş bir teknoloji tutkunuyum. Hayatımın 10 yıldan fazlasını en son teknolojiyi kullanarak ve sırf merakımdan dolayı her türlü programı kurcalayarak geçirdim. Artık bilgisayar teknolojisi ve video oyunları konusunda uzmanlaştım. Bunun nedeni, 5 yılı aşkın bir süredir teknoloji ve video oyunlarıyla ilgili çeşitli web sitelerinde yazılar yazıyor olmam ve ihtiyacınız olan bilgileri herkesin anlayabileceği bir dilde size vermeye çalışan makaleler oluşturmamdır.

Sorularınız varsa bilgim Windows işletim sistemi ve cep telefonları için Android ile ilgili her şeyi kapsar. Ve size olan bağlılığımdır, her zaman birkaç dakikamı ayırmaya ve bu internet dünyasında aklınıza gelebilecek her türlü soruyu çözmenize yardımcı olmaya hazırım.