Forskere udvikler perovskit røntgendetektor til medicinsk billeddannelse

Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) fra det kinesiske videnskabsakademi har i samarbejde med forskere ved Central China Normal University udviklet en højtydende perovskit røntgen-komplementær metal-oxid-halvleder (CMOS) detektor til medicinsk billeddannelse.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Communications den 21. februar

Røntgenbilleder er afgørende for diagnosticering og behandling af hjerte-kar- og kræftsygdomme. Direkte konvertering røntgendetektorer lavet af halvledermaterialer udviser overlegen rumlig og tidsmæssig opløsning ved lavere strålingsdoser sammenlignet med indirekte konverteringsdetektorer lavet af scintillatormaterialer. De aktuelt tilgængelige halvledermaterialer, såsom Si, a-Se og CdZnTe/CdTe, er imidlertid ikke ideelle til generel røntgenbilleddannelse på grund af deres lave røntgenabsorptionseffektivitet eller høje omkostninger.

Perovskite er et lovende alternativ til konventionelle halvledermaterialer. Men gennemførligheden af ​​dets kombination med højhastighedspixelerede CMOS-arrays er stadig ukendt.

For at løse dette problem udviklede forskere en røntgendetektor med direkte konvertering fremstillet med en 300 μm tyk uorganisk CsPbBr₃ perovskite film trykt på et dedikeret CMOS pixel array.

Forskere fandt ud af, at det screentrykte tykke CsPbBr₃ film har et højt μτ-produkt på 5,2×10 ^-4 cm ² V ^–1 , en høj røntgendetektionsfølsomhed på 15.891 µC Gy_luft ^–1 cm ^–2 , og en lav dosis detektionsgrænse på 321 nGy_luft s ^–1 .

Eksperimentelle røntgen-2D-billeddannelsesresultater viste, at den foreslåede perovskite CMOS-detektor kan opnå meget høj rumlig opløsning (5,0 lp mm ^-1 , hardwaregrænsen er 6,0 lp mm ^-1 ) og lavdosis (260 nGy) billeddannelsesydelse.

Desuden blev 3D CT-billeddannelse også valideret med den foreslåede detektor ved en hurtig signaludlæsningshastighed på 300 fps.

"Vores arbejde viser potentialet for blyhalogenidperovskitter i at revolutionere udviklingen af ​​avancerede røntgendetektorer med væsentligt forbedret rumlig opløsning, udlæsningshastighed og lavdosis-detektionseffektivitet," sagde Prof. Ge.

"Dette baner vejen for, at medicinsk røntgenbilleddannelsesapplikationer bliver mere skånsomme og sikrere i fremtiden."