Lille sensor lægger grunden til præcis røntgenstråling via endoskopi

Ved at bruge en lille enhed kendt som en optisk antenne, forskere har skabt en røntgensensor, der er integreret på enden af ​​en optisk fiber med kun et par snes mikrometer i diameter. Ved at detektere røntgenstråler i en ekstremt lille rumlig skala, sensoren kunne kombineres med røntgenleverende teknologier for at muliggøre højpræcision medicinsk billeddannelse og terapeutiske applikationer.

"Vi ønsker at udvikle denne teknologi, så den kan bruges til strålebehandling, for eksempel, "sagde Thierry Grosjean, fra FEMTO-ST Institute, Det nationale center for videnskabelig forskning, Frankrig. "Helt konkret, sensoren kunne muliggøre en realtidsmåling af, hvor meget stråling der leveres til en tumor via endoskopi. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik bogstaver , forskerne demonstrerer deres nye røntgensensor ved hjælp af lavenergirøntgenstråler. De siger, at det samme princip bør fungere med de højenergiske røntgenstråler, der bruges til medicinske applikationer såsom billeddannelse og strålebehandling.

Styrende lys

Ligesom mange af nutidens røntgenapplikationer, den nye sensor bruger indirekte detektion. I stedet for direkte at mærke røntgenstråler, denne metode bruger en speciel detektor kaldet en scintillator, som absorberer røntgenstrålerne og derefter udsender lys, der registreres af et optisk kamera.

At opnå indirekte røntgendetektion i lille skala er udfordrende, fordi scintillatorer udsender fotoner i alle retninger. Skalering af scintillatorer ned til en meget lille størrelse betyder, at de vil udsende meget få fotoner, hvilket gør det næsten umuligt for kameraet at fange nok fotoner i den helt rigtige vinkel. Forskerne vendte sig til optiske antenner for at hjælpe med denne udfordring.

Fordi optiske antenner er blevet brugt til at kontrollere lysemissionen fra fluorescerende molekyler, forskerne troede, at de også kunne kontrollere lys, der udsendes af scintillatorer. "En optisk antenne fungerer meget som en radiofrekvensantenne, tilbyder en måde at forbinde en emitter med ledig plads, "sagde Grosjean." Vi demonstrerede, at de kan bruges til at kontrollere retningen af ​​emissionen fra scintillatorer. "

Fremstilling af sensoren

For at lave røntgensensoren, forskerne brugte en optisk antenne til at forbinde en enkelt mode optisk fiber med en lille klynge af scintillatorer. De fremstillede den optiske antenne, kun et par mikron bred, på enden af ​​fiberen og podet scintillatorklyngen ved dens ende. Lys udsendt fra scintillatorerne rammer antennen og ledes ind i fiberen, hvor den kører til en fjernoptisk detektor. Denne opsætning holder elektronikken væk fra røntgenstrålerne, som beskytter elektronik mod skader efter gentagen brug.

Selvom fabrikationen af ​​røntgensensorer krævede en renrumsfacilitet, forskerne sagde, at det ikke var en vanskelig eller dyr proces. De arbejder i øjeblikket på procedurer, der kan gøre det endnu nemmere at pode scintillatorerne på fiberantennen.

Fra deres eksperimenter, forskerne vurderede, at sensoren har en rumlig opløsning i størrelsesordenen 1 mikron, som de arbejder på at øge til omkring 100 nanometer. Denne forbedrede opløsning ville gøre det muligt for enheden at skelne kemiske komponenter i kompositmaterialer ved hjælp af fiberspidsen til at udføre lavenergirøntgenstrålescanningsmikroskopi.

Ud over at udvide teknologien til at arbejde med de højenergirøntgenstråler, der kræves til medicinske applikationer, forskerne undersøger også, om optiske antenner kunne muliggøre hurtigere røntgendetektorer. Da enhederne har vist sig at forkorte tiden mellem lysabsorption og lysudsendelse i fluorescensprocesser, antennerne kan også forkorte tiden mellem røntgenabsorption og lysemission i scintillatorer - og dermed skabe en hurtigere måde at detektere røntgenstråler på.