Vertikalus matricos rentgeno detektorius, skirtas kelių energijų diskriminacijai

Vertikalus matricos rentgeno detektorius, skirtas kelių energijų diskriminacijai

Kreditas: Jincong Pang, Shan Zhao, Xinyuan Du, Haodi Wu, Guangda Niu, Jiang Tang

Tinklainėje yra trijų tipų kūgio ląstelės, vadinamos L kūgiais (jautrios raudonai šviesai), M kūgiais (jautriais žaliai šviesai) ir S kūgiais (jautriais mėlynai šviesai). Koordinuotas kūgio ląstelių atsakas į matomą šviesą 400–780 nm bangos ilgių diapazone leidžia pamatyti spalvingą pasaulį. Nematomų rentgeno spindulių bangų ilgių diapazone (13.00–10 nm) rentgeno detektoriai atlieka tą pačią funkciją kaip ir „akys“. Tačiau rentgeno detektoriai paprastai taiko įkrovos integravimo režimo aptikimą, kuris negali atskirti bangos ilgio ir energijos. Todėl skaitmeninės rentgenografijos ir KT tyrimais galima gauti tik pilkos spalvos vaizdą.

Tiesą sakant, rentgeno spindulių fotonų energija neša daug informacijos. Rentgeno spindulių slopinimo gebėjimas priklauso nuo skleidžiamų fotonų energijos ir prasiskverbusio objekto tankio bei sudėties. Rentgeno spindulių aptikimo, skirto dviejų ar kelių energijų diskriminacijai, kūrimas yra svarbi tyrimų kryptis susijusiose srityse. Šie detektoriai naudingi skiriant skirtingo tankio medžiagas, didinant vaizdo kontrastą tarp organinių ir neorganinių objektų bei identifikuojant minkštąsias medžiagas (gumą, plastiką, minkštuosius audinius ir kt.), kurios prastai sugeria spinduliuotę.

Be to, detektorius taip pat gali išgauti skirtingų medžiagų vaizdus toje pačioje vietoje naudojant skaitmeninę atimtį, pvz., atimant kaulus ir išsaugoti tik plaučių vaizdą krūtinės ląstos rentgenogramoje. Tačiau šiuo metu dviejų sluoksnių detektorių energijos atskyrimas negali atitikti sudėtingų vaizdo gavimo reikalavimų. Ir dabar dažniausiai taikomas netiesioginis rentgeno aptikimo režimas (rentgeno spinduliai → matoma šviesa → elektronų krūvis) riboja aptikimo jautrumą, todėl norint gauti aiškų vaizdą, reikia didelės spinduliuotės dozės.

Naujame dokumente, paskelbtame m Šviesos mokslas ir taikymas, mokslininkų komanda, vadovaujama profesoriaus Guangda Niu ir profesoriaus Jiang Tango iš Uhano nacionalinės optoelektronikos laboratorijos, Huazhongo mokslo ir technologijos universiteto demonstravimo Kinijoje, ir bendradarbiai pirmą kartą pademonstravo naują „vertikalios“ dizainą. matricos „tiesioginiai perovskito rentgeno detektoriai (rentgeno spinduliai → elektronų krūvis), skirti kelių energijos aptikimui. Sąvoka „vertikali matrica“ reiškia, kad detektoriaus matrica yra išlygiuota išilgai rentgeno spinduliuotės kritimo krypties, o ne statmenai krintančios krypčiai. Principas yra tas, kad skirtingos energijos rentgeno fotonai turi skirtingą slopinimo gylį vertikalioje matricoje, o mažos energijos fotonai nusėda didžiąją dalį energijos sekliuose sluoksniuose, o didelės energijos fotonai – gilesniuose sluoksniuose. Taigi vertikali matrica galėtų detaliai atkurti rentgeno spektrą. Be to, šis rentgeno detektorius vienu ekspozicijos metu gali realizuoti veiksmingą kelių energijų atskyrimą, o tai nebuvo pasiekta tradiciniuose detektoriuose. Naudodamas atimties metodą, jis gali aiškiai atskirti mažo ir didelio tankio objektus.

Šiame darbe mokslininkai sukonstravo konversijos matricą tarp rentgeno energijos spektro ir vertikalios matricos elektrodo atsakų penkiuose diapazonuose. Konversijos matrica yra universali skirtingiems rentgeno spindulių spektrams, kurie priklauso tik nuo paties detektoriaus struktūros ir savybių.

„Norėdami parodyti, mes tiksliai nustatėme nežinomų rentgeno spindulių šaltinių ribines energijos vertes. Rekonstruotos spektrinės matricos elementai turi ne tik aiškias ribines briaunas, atitinkančias tikrąsias važiavimo įtampas (45 kVp, 55 kVp, 65 kVp), bet ir turi nedidelius tarpus, kai imituojami rentgeno spindulių spektriniai intensyvumai yra 10,41 % (45). kVp), atitinkamai 2,77 % (55 kVp), 2,97 % (65 kVp). Šis geras atitikimas įrodo konversijos matricos efektyvumą “, – teigiama tyrime.

„Proporcingai naudojome CaCO3, PDMS ir panašaus tankio parafinas, kad pakeistų tris svarbiausius žmogaus kūno komponentus – skeletą, kraują ir raumenis bei riebalus, skirtus daugiaenergijai rentgeno vaizdams. Mažo tankio medžiagų vaizdo kontrastas yra didesnis nei priekinio elektrodo, o sunkesnės medžiagos atvaizduojamos aiškiau galiniame elektrode. Kelių grupių skirtingų medžiagų vaizdai gali būti atskirti skaitmeniniu atėmimu. Vertikalus matricos detektorius gali sukurti vaizdų rinkinį, kuriame yra tankio laipsnio informacija, esant vienai ekspozicijai, ir nustatyti paslėptą vietą visoms mažo, vidutinio ir didelio tankio medžiagoms.

„Vertikalus matricos perovskito detektorius gali dažyti spalvotas nespalvotas rentgeno nuotraukas ir suteikti daugiau paslėptos informacijos tokiose programose kaip ligų diagnostika. Tai suteikia vilčių teikiančių naujos kartos pigių rentgeno spektrometrų su energijos skiriamąja geba, medžiagų atskyrimu ir vaizdo kontrasto pagerinimo galimybių“, – teigia mokslininkai.


Mažas mikrožiedų masyvas leidžia dauginti didelę sudėtingos vertės matricą


Daugiau informacijos:

Jincongas Pang ir kt., Vertikalios matricos perovskito rentgeno detektorius efektyviam kelių energijos šaltinių diskriminavimui, Šviesa: mokslas ir programos (2022). DOI: 10.1038 / s41377-022-00791-y

Pateikė
Kinijos mokslų akademija

Citata:
Vertikalus matricos rentgeno detektorius, skirtas įvairių energijos šaltinių diskriminacijai (2022 m. gegužės 13 d.)
Gauta 2022 m. gegužės 13 d
iš https://phys.org/news/2022-05-vertical-matrix-x-ray-detector-multi-energy.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Be bet kokių sąžiningų sandorių privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, ne
dalis gali būti atgaminta be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.

Leave a Comment

Your email address will not be published.