Ученые сделали шаг к созданию более безопасных рентгеновских приборов
Высокочувствительный детектор, обеспечивающий качественные изображения при меньших дозах рентгеновского излучения, создали ученые Научно-технологического университета им. короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии, 13 ноября сообщает отдел новостей Американского химического общества (ACS).
Рентгеновские лучи широко используются для диагностики и промышленного мониторинга. Их используют и при лечении зубов, и при сканировании чемоданов в аэропорту. Но эти высокоэнергетические лучи создают ионизирующее излучение, которое может быть опасно для человека при длительном или сильном воздействии.
Однако теперь исследователи из KAUST разработали новый рентгеновский детектор, создающий высококачественную рентгенограмму, используя меньшие дозы электромагнитного излучения, чем существующие детекторы.
Автор-корреспондент исследования Омар Ф. Мохаммед заявил: «Это достижение снижает пределы обнаружения и прокладывает путь для более безопасной и энергоэффективной медицинской визуализации и промышленного мониторинга. Оно демонстрирует, что каскадно спроектированные устройства улучшают возможности монокристаллов в обнаружении рентгеновского излучения».
Рентгеновские лучи, как и видимый свет, и радиоволны, — это электромагнитное излучение определенного диапазона. Их высокоэнергетическое состояние позволяет им проникать через большинство объектов, включая мягкие ткани тела человека.
Чтобы получить рентгеновское изображение, называемое рентгенограммой, лучи либо проходят сквозь тело и появляются на изображении в виде теневых фигур, либо застревают в более плотных тканях, таких как кости, оставляя после себя более яркую белую область.
Доза радиации, которой подвергается пациент во время одного сканирования, не опасна, и для того чтобы начать замечать ее вредные эффекты, пришлось бы пройти тысячи сканирований. Тем не менее повторяющиеся воздействия высокоэнергетических лучей могут повредить электронное оборудование или представлять опасность, например, для рентгенолога. Поэтому, чем меньше доза облучения, примененная для сканирования, тем безопаснее.
К сожалению, меньшая доза излучения означает более низкое качество рентгенограммы. Однако, увеличивая чувствительность детектора, теоретически можно получить низкодозный, высококачественный рентгеновский снимок. Поэтому Омар Мохаммед и его коллеги из KAUST спроектировали устройство, которое обеспечивает эти более безопасные условия рентгеновского излучения.
Чтобы повысить чувствительность рентгеновского детектора, исследователи минимизировали темновой ток — остаточный фоновый шум, — генерируемый устройством. Для этого они создали детекторы с использованием специализированных кристаллов перовскита метиламмония бромида свинца, а затем соединили кристаллы в электрическую конфигурацию, известную как каскад.
Каскадная конфигурация почти вдвое уменьшила темновой ток, улучшив предел обнаружения рентгеновского излучения в пять раз по сравнению с предыдущими детекторами, изготовленными из тех же кристаллов, но без каскада.
Рентгенограммы, сделанные с помощью нового детектора при его тестировании, выявили мелкие детали, такие как металлическая игла, прокалывающая малину, а также внутренние компоненты USB-кабеля. Команда утверждает, что эта технология является многообещающим методом разработки более безопасных и чувствительных коммерческих рентгеновских устройств, которые минимизируют воздействие радиации во время медицинских процедур и помогут разглядеть тонкие детали при промышленном мониторинге.
Результаты исследования нового детектора его разработчики представили в статье «Революция в рентгеновской визуализации: скачок к использованию сверхнизких доз с помощью каскадно-инженерного подхода» (Revolutionizing X-Ray Imaging: A Leap Toward Ultra-Low Dose Detection with a Cascade-Engineered Approach), опубликованной в журнале ACS Central Science.
