En vertikal matrix-røntgendetektor til multi-energi-diskrimination

Der er tre typer kegleceller i nethinden, der kaldes L-kegler (følsomme over for rødt lys), M-kegler (følsomme over for grønt lys) og S-kegler (følsomme over for blåt lys). Keglecellernes koordinerede respons på synligt lys i bølgelængdeområdet 400-780 nm lader os se den farverige verden. I bølgelængdeområdet for usynlig røntgen (1 pm-10 nm) udfører røntgenstråledetektorer den samme funktion som "øjne". Imidlertid anvender røntgendetektorer generelt ladningsintegration-mode detektion, som ikke kan skelne bølgelængde og energi. Derfor kan digital radiografi og CT-undersøgelser kun opnå gråtonebilleder.

Faktisk bærer fotonenergien fra røntgenstråler en masse information. Røntgendæmpningsevnen afhænger af energien af ​​de udsendte fotoner og tætheden og sammensætningen af ​​det penetrerede objekt. Udviklingen af ​​røntgendetektion til dobbelt-energi- eller multi-energi-diskrimination er en vigtig forskningsretning inden for beslægtede områder. Disse detektorer er gavnlige til at skelne stoffer med forskellig tæthed, øge billedkontrasten mellem organiske og uorganiske genstande og identificere bløde stoffer (gummi, plastik, blødt væv osv.), der absorberer stråling dårligt.

Derudover kan detektoren også udtrække billeder af forskellige stoffer på samme sted ved hjælp af digital subtraktion, såsom at trække knogler fra og kun bevare lungebilledet i et røntgenbillede af thorax. Men på nuværende tidspunkt kan energidiskriminationen af ​​dobbeltlagsdetektorer ikke opfylde de komplekse billeddannelseskrav. Og den indirekte røntgendetektionstilstand (røntgen→synligt lys→elektronladning), som nu anvendes, begrænser almindeligvis detektionsfølsomheden, som kræver en høj strålingsdosis for klar billeddannelse.

I et nyt papir offentliggjort i Light Science &Application , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Guangda Niu og professor Jiang Tang fra Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology demonstrerer, Kina, og kolleger har for første gang demonstreret det nye design af "vertikal matrix" direkte perovskit røntgendetektorer (røntgen→elektronladning) til multi-energidetektion. Udtrykket "lodret matrix" betyder, at detektorarrayet er justeret langs indfaldsretningen af ​​en røntgenstråle i stedet for vinkelret på indfaldsretningen. Princippet er, at røntgenfotoner med forskellig energi har forskellige dæmpningsdybder inden for den lodrette matrix, og lavenergifotoner afsætter det meste af energien i de lavvandede lag og højenergifotoner i dybere lag. Derved kunne den lodrette matrix genoprette røntgenspektret i detaljer. Derudover kan denne røntgendetektor realisere effektiv multi-energi-diskrimination under en enkelt eksponering, hvilket ikke er blevet opnået i traditionelle detektorer. Ved hjælp af subtraktionsmetoden kunne den tydeligt skelne objekter med lav og høj tæthed.

I dette papir konstruerede forskerne konverteringsmatrixen mellem røntgenenergispektret og de vertikale matrixelektroderesponser i fem områder. Konverteringsmatricen er universel for forskellige røntgenspektre, som kun afhænger af selve detektorens struktur og egenskaber.

"Til demonstration udledte vi nøjagtigt afskæringsenergiværdierne for ukendte røntgenkilder. Elementerne i den rekonstruerede spektralmatrix har ikke kun klare afskæringskanter, der matcher de faktiske drivspændinger (45 kVp, 55 kVp, 65 kVp ), men har også små huller med de simulerede røntgenspektrale intensiteter som henholdsvis 10,41 % (45 kVp), 2,77 % (55 kVp), 2,97 % (65 kVp). Dette gode match beviser effektiviteten af ​​konverteringsmatrixen," oplyser undersøgelsen.

"Vi brugte proportionelt CaCO₃ , PDMS og paraffin med lignende tætheder til at erstatte de tre vigtigste komponenter i den menneskelige krop, skelet, blod og muskler og fedt til multi-energi røntgenbilleddannelsesapplikationer. Stofferne med lav densitet har højere billedkontrast fra front-end-elektroden, og de tunge stoffer afbilder tydeligere i back-end-elektroden. Billeder af flere grupper af forskellige stoffer kan adskilles ved digital subtraktion. Den lodrette matrixdetektor kunne producere et sæt billeder indeholdende tæthedsgraderet information under enkelt eksponering og lokalisere den skjulte position for alle lav-, medium- og højdensitetsstoffer."

"Den vertikale matrix-perovskit-detektor kan male farve til sort-hvide røntgenfotos og give mere skjult information i applikationer såsom sygdomsdiagnose. Det giver opmuntrende muligheder for næste generations lavpris røntgenspektrometer med energiopløsning, stof diskrimination og billedkontrastforbedring," siger forskerne. + Udforsk yderligere

Lille mikroring-array muliggør stor matrixmultiplikation med kompleks værdi