Crediti:Jincong Pang, Shan Zhao, Xinyuan Du, Haodi Wu, Guangda Niu, Jiang Tang
Esistono tre tipi di cellule coniche nella retina che sono chiamate coni L (sensibili alla luce rossa), coni M (sensibili alla luce verde) e coni S (sensibili alla luce blu). La risposta coordinata delle cellule coniche alla luce visibile nell'intervallo di lunghezze d'onda di 400-780 nm ci consente di vedere il mondo colorato. Nella gamma di lunghezze d'onda dei raggi X invisibili (1 pm—10 nm), i rivelatori di raggi X svolgono la stessa funzione degli "occhi". Tuttavia, i rilevatori di raggi X generalmente applicano il rilevamento della modalità di integrazione della carica, che non è in grado di distinguere la lunghezza d'onda e l'energia. Pertanto, la radiografia digitale e gli esami TC possono ottenere solo immagini in scala di grigi.
In effetti, l'energia fotonica dei raggi X trasporta molte informazioni. La capacità di attenuazione dei raggi X dipende dall'energia dei fotoni emessi e dalla densità e composizione dell'oggetto penetrato. Lo sviluppo del rilevamento dei raggi X per la discriminazione a doppia energia o multienergia è un'importante direzione di ricerca in campi correlati. Questi rilevatori sono utili per distinguere sostanze di diversa densità, migliorare il contrasto dell'immagine tra oggetti organici e inorganici e identificare sostanze morbide (gomma, plastica, tessuti molli, ecc.) che assorbono scarsamente le radiazioni.
Inoltre, il rivelatore può anche estrarre immagini di diverse sostanze nella stessa posizione utilizzando la sottrazione digitale, ad esempio sottraendo le ossa e conservando solo l'immagine del polmone in una radiografia del torace. Tuttavia, al momento, la discriminazione energetica dei rivelatori a doppio strato non può soddisfare i complessi requisiti di imaging. E la modalità di rilevamento dei raggi X indiretti (raggi X→luce visibile→carica elettronica) ora applicata limita comunemente la sensibilità di rilevamento, che richiede un'elevata dose di radiazioni per immagini nitide.
In un nuovo articolo pubblicato su Light Science &Application , un team di scienziati, guidato dal professor Guangda Niu e dal professor Jiang Tang del Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology dimostra, Cina, e colleghi hanno dimostrato, per la prima volta, il nuovo design di "verticale rivelatori di raggi X a matrice diretta di perovskite (raggi X → carica di elettroni) per il rilevamento di più energie. Il termine "matrice verticale" significa che l'array di rivelatori è allineato lungo la direzione di incidenza di un raggio X piuttosto che perpendicolare alla direzione di incidenza. Il principio è che i fotoni di raggi X con energia diversa hanno diverse profondità di attenuazione all'interno della matrice verticale e che i fotoni a bassa energia depositano la maggior parte dell'energia negli strati poco profondi e i fotoni ad alta energia negli strati più profondi. In tal modo, la matrice verticale potrebbe ripristinare in dettaglio lo spettro dei raggi X. Inoltre, questo rivelatore di raggi X può realizzare un'efficace discriminazione multi-energia sotto una singola esposizione, che non è stata raggiunta nei rivelatori tradizionali. Con l'aiuto del metodo di sottrazione, potrebbe distinguere chiaramente oggetti con densità bassa e alta.
In questo documento, i ricercatori hanno costruito la matrice di conversione tra lo spettro di energia dei raggi X e le risposte dell'elettrodo a matrice verticale in cinque intervalli. La matrice di conversione è universale per diversi spettri di raggi X, che dipende solo dalla struttura e dalle proprietà del rivelatore stesso.
"A scopo dimostrativo, abbiamo derivato accuratamente i valori di energia di taglio per sorgenti di raggi X sconosciute. Gli elementi della matrice spettrale ricostruita non solo hanno bordi di taglio chiari che corrispondono alle tensioni di pilotaggio effettive (45 kVp, 55 kVp, 65 kVp ), ma hanno anche piccole lacune con le intensità spettrali dei raggi X simulate rispettivamente del 10,41% (45 kVp), 2,77% (55 kVp), 2,97% (65 kVp). Questa buona corrispondenza dimostra l'efficacia della matrice di conversione," lo studio afferma.
"Abbiamo usato proporzionalmente CaCO3 , PDMS e paraffina con densità simili per sostituire i tre componenti più importanti nel corpo umano, scheletrico, sangue e muscoli e grasso per applicazioni di imaging a raggi X multi-energia. Le sostanze a bassa densità hanno un contrasto di imaging più elevato rispetto all'elettrodo front-end e le sostanze pesanti hanno un'immagine più chiara nell'elettrodo back-end. Più immagini di gruppi di diverse sostanze possono essere separate mediante sottrazione digitale. Il rilevatore a matrice verticale potrebbe produrre una serie di immagini contenenti le informazioni classificate in base alla densità con esposizione singola e individuare la posizione nascosta per tutte le sostanze a bassa, media e alta densità."
"Il rivelatore di perovskite a matrice verticale può dipingere a colori su foto a raggi X in bianco e nero e fornire informazioni più nascoste in applicazioni come la diagnosi di malattie. Offre opportunità incoraggianti per lo spettrometro a raggi X a basso costo di prossima generazione con risoluzione energetica, sostanza discriminazione e miglioramento del contrasto dell'immagine", affermano gli scienziati. + Esplora ulteriormente
