Nuova tecnologia per una migliore sensibilità delle mammografie
L’immaginografia medica specializzata usa un sistema a basso dosaggio di raggi X al fine di esaminare il seno per la diagnosi precoce e il controllo. Nonostante solide prove dei benefici per le donne di età compresa tra 40 e 74 anni, i falsi positivi hanno come risultato ulteriori esami e ansia. I risultati falsi negativi, in particolare in caso di elevata densità del seno, portano a un falso senso di sicurezza e a possibili ritardi nel trattamento appropriato. Il progetto DiCoMo, finanziato dall’UE, ha usato i progressi nel campo della fotonica per sviluppare un rivelatore di raggi X a schermo piatto digitale. Rendendo possibile una diagnosi a raggi X a basso costo e più sicura, espone pazienti e personale di radiologia a dosi minori di radiazioni. Come spiega il coordinatore del progetto, il dottor Sandro Francesco Tedde, «questo risultato è stato ottenuto combinando innovazioni radicali provenienti da importanti attori europei in varie discipline, partner commerciali e di ricerca da tutta la catena del valore dell’immaginografia organica e medica.» Meno radiazioni, migliore risoluzione Nella conversione diretta i fotoni dei raggi X sono convertiti direttamente in segnali elettrici. Al contrario, nella conversione indiretta, i fotoni dei raggi X sono prima convertiti in luce visibile e successivamente in un segnale elettrico usando un fotorivelatore. Anche se la conversione indiretta produce dosi minori di radiazioni rispetto alla sua controparte, ciò avviene a spese della qualità dell’immagine a causa della diafonia ottica tra pixel. DiCoMo ha riconciliato l’immaginografia ad alta risoluzione con l’esposizione a basse dosi di radiazioni combinando il meglio di entrambe le tecniche. Progressi radicali nelle parti del piano posteriore e anteriore del dispositivo convertono i raggi X mediante, rispettivamente, pixel «attivi» e fotorivelatori con perovskiti metallo-organiche a conversione diretta. Tecnologia del piano anteriore Visto che l’approccio iniziale di DiCoMo, che prevedeva di integrare microparticelle scintillanti in una matrice organica semiconduttrice, non ha fornito le sensibilità volute, in particolare per strati di conversione spessi, è stata usata una nuova e promettente classe di materiali a conversione diretta: le perovskiti metallo-organiche. Le perovskiti semiconduttrici combinano l’alta efficienza di assorbimento dei convertitori indiretti con le elevate capacità di risoluzione di quelli diretti. I membri del progetto hanno sviluppato una nuova tecnologia di lavorazione senza solventi per la «sinterizzazione morbida» di polveri di perovskite sul piano posteriore del dimostratore. Durante la pressatura, le microparticelle di perovskite sono state compattate, portando alla formazione di uno spesso strato omogeneo di alta qualità impilato sopra il substrato del piano posteriore, non mostrando diafonia ottica tra pixel. Tecnologia del piano posteriore Gli attuali sistemi per la mammografia sono tipicamente basati su pixel passivi che dipendono da un singolo transistor di commutazione ottenuto solitamente da un film sottile di silicio amorfo. DiCoMo ha però usato sensori a pixel attivi ottenuti da tre transistor metallo-ossido a film sottile, generando un’amplificazione nel pixel, combinati con un circuito integrato di lettura (ROIC) su misura a basso rumore. La progettazione è ottimizzata per convertire i segnali provenienti da pixel con grandi superfici (per es. > 50 µm di passo) e ha portato a una sensibilità di gran lunga migliore. «Con il suo dimostratore delle dimensioni standard per le schede video (640 x 480 pixel), DiCoMo fornisce un elemento essenziale per una sanità migliore e più conveniente», afferma il dottor Tedde. Integrazione in un prototipo «Un complesso lavoro di ingegneria ha portato al successo della progettazione del sistema elettronico di lettura e guida per l’imager a raggi X di DiCoMo», dice il dottor Tedde. Il ROIC a basso livello di rumore è fatto su misura da un membro del consorzio; questa soluzione chip-on-flex ha dimostrato di essere quella migliore in termini di compatibilità del bilancio termico dei differenti componenti del sistema. «Per quanto ne sappiamo, questa è la prima volta in cui viene presentato un piano posteriore a pixel attivi con tecnologia con ossido di indio gallio zinco a basso costo in un rivelatore a raggi X a schermo piatto», aggiunge il dottor Tedde. Il gruppo di ricerca ha usato il sistema per produrre la sua prima immagine, la Gioconda. Anche se c’è ancora spazio per miglioramenti, DiCoMo ha aumentato notevolmente le competenze e il sapere scientifico in questo campo e si aspetta che i risultati del progetto rafforzino la competitività globale dell’industria europea dell’immaginografia medica.
Parole chiave
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