Spektrinen fotoneja laskeva röntgen · HR-GaAs:CrTutkimus
Digitaalinen röntgen on vuosikymmeniä perustunut tuikeaineen ja valokennon yhdistelmään. Menetelmä on saavuttanut paikka-, kontrasti- ja aikaerotuskyvyn fysikaaliset rajat. Ulospääsyn etsimiseen on 25–30 vuodessa käytetty yli 10 mrd. euroa. Zeeltan vastaus on suoramuuntava HR-GaAs:Cr-anturi, joka laskee fotonit ja mittaa niiden energian.
01 · Raja
Miksi tuikeilmaisimet eivät näe enempää
Tuikeaineessa absorboitunut röntgenkvantti synnyttää valonvälähdyksen, joka leviää kaikkiin suuntiin. Vain osa siitä osuu valokennoihin, ja useita kennoja valaistuu kerralla. Lähekkäiset tapahtumat sulautuvat yhdeksi suuremmaksi. Ilmaisin ei pysty paikantamaan tapahtumaa tarkasti eikä mittaamaan kvantin energiaa. Sen kvanttihyötysuhde (DQE) on noin 35–40 %.
Ulospääsyä haettiin kolmesta suunnasta. Kahden valotuksen kaksienergiajärjestelmät eivät tuoneet merkittävää diagnostista lisätietoa. Matemaattinen kuvankäsittely paransi päätöksenteon tukea, mutta ilman lisää dataa se ei pääse pidemmälle. Lupaavin suunta on uusi ilmaisinpohja: monoliittiset suoramuuntavat puolijohdeanturit, kuten a-Se, CdTe, CdZnTe ja GaAs:Cr.
02 · Suora muunnos
Fotonien laskenta HR-GaAs:Cr-anturilla
Monoliittisessa puolijohdeanturissa röntgenkvantti synnyttää energiaansa verrannollisen varausmäärän. Esijännitteen vaikutuksesta varaukset ajautuvat vastakkaisiin suuntiin ja kerätään yhdelle pikselielektrodille. Lukupiiri (ASIC) vahvistaa pulssin, vertaa sitä energiakynnyksiin ja laskee sen.
- Jokaisen tapahtuman sijainti määritetään yksiselitteisesti; paikkaerotuskyky seuraa pikselikokoa, alkaen 35 µm
- Varaus kertoo kvantin energian: energiadispersio, värinäön vastine
- Kaksi lähekkäistä samanaikaista tapahtumaa rekisteröidään erikseen
- DQE yli 90 %: kvanttilaskentatila tulee mahdolliseksi
03 · Vertailu
Tuikeaine + Si vs. HR-GaAs:Cr
| Paikkaerotuskyky | Spektrinen (väri) | Tiheyserottelu | |
|---|---|---|---|
| Tuikeaine + Si | Pikselikoko parhaimmillaan 110 µm; todellinen erotuskyky alkaen 330 µm | Ei mahdollinen. Kaksienergiamenetelmät vaativat toistuvia valotuksia tai kaksi lähdettä | 256 harmaasävyä tavallisessa röntgenkuvauksessa, 512 asiantuntijatason mammografiassa, 4 960 64-leikkeen TT:ssä |
| HR-GaAs:Cr | Pikselikoko alkaen 35 µm; todellinen erotuskyky vastaa anturin topologiaa | Mittaa kvanttien energian riittävän tarkasti laadulliseen ja määrälliseen alkuaineanalyysiin | Noin 4 000 harmaasävyä kullekin energia-alueelle erikseen |
| Voiko toisen korvata toisella? | Osittain | Ei: spektrinen kuvantaminen ei ole tuikejärjestelmille mahdollista | Ei: oma harmaasävyasteikko kullekin energiakanavalle ei ole tuikejärjestelmille mahdollinen |
04 · Materiaalit
Teknologiakenttä
Monoliittiset puolijohdeanturit, jotka sopivat kanavakohtaisesti lukeville ASIC-piireille:
| Materiaali | Vahvuudet | Rajoitukset |
|---|---|---|
| Pii (Si) | Hyvin edullinen | Tehokas vain hyvin pienillä energioilla, joita lääketieteessä ei käytetä; nopea säteilyvaurioituminen |
| Amorfinen seleeni (a-Se) | Ensimmäinen materiaali, joka mahdollisti kvanttilaskennan | Vaatii lämpöstabiloinnin ja vaakasuoran paneelin; ei käytössä todellisissa järjestelmissä |
| CdTe, CdZnTe (CZT) | Korkea hyötysuhde 10–120 keV:n alueella, kestävä | Noin 293 USD grammalta; paneelit enintään 84,5 × 28,16 mm |
| HR-GaAs:Cr | DQE yli 95 % 40 keV:llä ja noin 75 % 120 keV:llä; enintään 70 °C; säteilynkesto enintään 10 GGy | Noin 7,2 USD grammalta; tasopaneelit yli 430 × 430 mm |
05 · Tulokset
Mitä spektrinen röntgen näyttää
06 · Lääketiede
Uusia diagnostiikkamenetelmiä
Spektrinen röntgen mahdollistaa toiminnallisen diagnostiikan anatomisten kuvien lisäksi. Tutkimussuunnat, joihin etsimme kliinisiä kumppaneita:
- Reaaliaikainen vitaalidosimetria (VDRT)
- Uusi kartiokeilatietokonetomografia (KKTT)
- Silmän lasiaisen röntgenkuvantaminen ja arviointi
- Prekliiniset testit ja yhteistutkimus lääketieteen tiimien kanssa