Nowa technologia zwiększająca czułość badań mammograficznych
W specjalistycznym obrazowaniu medycznym do badania piersi w celu wczesnej diagnozy i badań przesiewowych wykorzystuje się niskodawkowe systemy rentgenowskie. Pomimo przekonujących dowodów na korzyści z badań dla kobiet w wieku od 40 do 74 lat, fałszywe wyniki pozytywne prowadzą do dodatkowych badań i niepokoju. Fałszywe wyniki negatywne, zwłaszcza w przypadku dużej gęstości piersi, skutkują mylnym poczuciem bezpieczeństwa i prowadzą do ewentualnych opóźnień w podjęciu odpowiedniego leczenia. W ramach finansowanego przez UE projektu DiCoMo wykorzystano postępy w dziedzinie fotoniki do opracowania płaskiego cyfrowego detektora rentgenowskiego. Umożliwia on tanią i bezpieczniejszą diagnostykę rentgenowską oraz zmniejsza dawki promieniowania, na jakie narażone są pacjentki i personel radiologiczny. Jak wyjaśnia koordynator projektu dr Sandro Francesco Tedde: „Osiągnięto to dzięki połączeniu radykalnych innowacji wiodących europejskich podmiotów z różnych dziedzin oraz partnerów handlowych i badawczych z całego łańcucha wartości w zakresie obrazowania organicznego i medycznego”. Mniejsze promieniowanie, lepsza rozdzielczość W przypadku konwersji bezpośredniej fotony z promieniowania RTG są przetwarzane bezpośrednio na sygnały elektryczne. Natomiast w przypadku konwersji pośredniej są one najpierw przetwarzane na światło widzialne, a następnie na sygnał elektryczny za pomocą fotodetektora. Chociaż konwersja pośrednia wykorzystuje niższe dawki promieniowania w porównaniu z drugim rozwiązaniem, odbywa się to kosztem jakości obrazu z powodu zakłóceń optycznych pomiędzy pikselami. Projekt DiCoMo pogodził obrazowanie wysokiej rozdzielczości z ekspozycją na niższe dawki promieniowania, łącząc najlepsze cechy obu technik. Dzięki radykalnym ulepszeniom w tylnej i przedniej płycie urządzenia konwersja promieniowania rentgenowskiego odbywa się odpowiednio poprzez „aktywne” piksele oraz bezpośrednio konwertujące metaloorganiczne fotodetektory perowskitowe. Technologia płyty przedniej Ponieważ pierwotne podejście DiCoMo, polegające na osadzaniu scyntylacyjnych mikrocząsteczek w organicznej matrycy półprzewodnikowej nie zapewniała docelowej czułości, w szczególności w przypadku grubych warstw konwertujących, zastosowano nową i obiecującą klasę materiałów umożliwiających konwersję bezpośrednią: perowskity metaloorganiczne. Półprzewodnikowe perowskity łączą w sobie wysoką wydajność absorpcji charakterystyczną dla przetworników pośrednich z wysoką rozdzielczością przetworników bezpośrednich. Członkowie projektu opracowali nową, bezrozpuszczalnikową technologię przetwarzania spiekania proszków perowskitowych na płycie tylnej urządzenia demonstracyjnego. Podczas prasowania, mikrocząstki perowskitów zostały zagęszczone, co doprowadziło do utworzenia wysokiej jakości, grubej jednorodnej warstwy, ułożonej na podłożu płyty tylnej, bez optycznych zakłóceń między pikselami. Technologia płyty tylnej Systemy mammografii są najczęściej oparte na pikselach pasywnych, które przenoszą się na pojedynczym tranzystorze przełączającym, wykonanym zazwyczaj z cienkiej warstwy krzemu amorficznego. W projekcie DiCoMo zastosowano jednak aktywne czujniki pikseli wykonane z trzech tranzystorów cienkowarstwowych z tlenkiem metalu, generujących wzmocnienie pikseli, w połączeniu ze specjalnie wykonanym układem scalonym o niskim poziomie szumów (ROIC). Konstrukcja została zoptymalizowana pod kątem konwersji sygnałów pochodzących z pikseli o dużej powierzchni (ponad 50 µm), co znacznie zwiększyło czułość urządzenia. „Dzięki demonstratorowi o rozmiarach karty wideo (640x480 pikseli), w ramach projektu DiCoMo powstał niezbędny element, który pozwoli na poprawę jakości i obniżenie kosztów badań medycznych”, mówi dr Tedde. Integracja z prototypem „Złożone prace inżynieryjne zaowocowały pomyślnym zaprojektowaniem układu elektroniki odczytowej i napędowej do aparatu rentgenowskiego DiCoMo”, mówi dr Tedde. Niskoszumowy ROIC jest wykonywany na zamówienie przez jednego z członków konsorcjum. ROIC w technologii chip-on-flex okazało się najlepszym rozwiązaniem pod względem kompatybilności budżetu cieplnego z różnym komponentami systemu. „Według naszej najlepszej wiedzy po raz pierwszy zaprezentowano płytę działającą w oparciu o piksele aktywne, z tanią technologią wykorzystującą tlenek indu, galu i cynku w detektorze rentgenowskim z płaskim panelem”, dodaje dr Tedde. Zespół wykorzystał system do wykonania pierwszego zdjęcia, Mony Lisy. Chociaż nadal istnieje spore pole do udoskonaleń, projekt DiCoMo znacznie zwiększył kompetencje i wiedzę naukową w tej dziedzinie, a jego wyniki powinny wzmocnić globalną konkurencyjność europejskiego przemysłu obrazowania medycznego.
Słowa kluczowe
DiCoMo, mammografia, detektor rentgenowski z płaskim panelem, obrazowanie medyczne, scyntylator, konwersja bezpośrednia, konwersja pośrednia, fotodetektor organiczny, aktywny piksel, perowskity
