Rewolucyjne techniki obrazowania medycznego z wykrywaniem pojedynczych fotonów
Radiografia cyfrowa przyspieszyła rozwój metod rentgenowskiego obrazowania medycznego dzięki bardzo wysokiemu kontrastowi i rozdzielczości przestrzennej. Brak jest jednak szczegółowych informacji o pochłanianych fotonach. Znajomość energii pochłanianych fotonów pozwala na zbudowanie kodowanej kolorami mapy energetycznej, która ułatwia analizowanie tkanki w oparciu o jej skład chemiczny. Kolorowe obrazowanie rentgenowskie (CXI) poprawia widoczność nowotworu i pomaga bardziej precyzyjnie określać fazy jego rozwoju. Możliwość zliczania każdego pochłanianego fotonu nie tylko pozwala doprowadzić stosunek sygnału do szumu do jego kwantowej granicy, ale także zmniejszyć dawki promieniowania. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt LACX ("Large X-ray detectors for coloured X-ray imaging"), aby zbudować detektory półprzewodnikowe i odpowiednie podzespoły elektroniczne zliczające fotony, które pozwolą urzeczywistnić tę wizję. Konwencjonalne półprzewodniki, takie jak krzem czy german, nie spełniają wymogów technicznych dotyczących fotonów o wysokiej energii stosowanych w obrazowaniu medycznym. Właściwości materiałowe nowych półprzewodników: tellurku kadmu (CdTe) i tellurku kadmu i cynku (CZT) umożliwiają efektywne przekształcanie promieniowania w ładunki elektryczne (fotony i elektrony). Jednakże, przed rozpoczęciem realizacji omawianego projektu, nie wykorzystywano ich nigdy w obrazowaniu rentgenowskim. Aby skonstruować półprzewodnikowe detektory rentgenowskie do dużych powierzchni, badacze musieli rozwiązać problemy dotyczące kosztów i dostępności materiału na detektory w odpowiedniej formie. Największa trudność polega na zbyt małych średnich rozmiarach monokryształowych CdTe/CZT. Aby ją przezwyciężyć, opracowano proces wytwarzania cienkich warstw CdTe/CZT o pożądanych właściwościach, spełniających standardy wydajności dla projektowanego detektora rentgenowskiego. Po scharakteryzowaniu i optymalizacji materiałów i metod zbudowano grube warstwy polikrystaliczne i zintegrowano je z chipami detektora. Przy pomocy oprogramowania do analizy obrazów wykorzystującego algorytmy porządkowania, system detektorów zastosowano w tomografii komputerowej. Naukowcy uzyskali po raz pierwszy wysokiej jakości obrazy pacjentów za pomocą wielkopowierzchniowych detektorów półprzewodnikowych. Technologia LACX umożliwiająca wysokorozdzielczościowe kolorowe obrazowanie ludzkiej tkanki powinna doprowadzić do poprawy jakości diagnostyki i zmniejszenia narażenia pacjentów na promieniowanie. Ponadto, technika ta może znaleźć zastosowanie w innych dziedzinach, takich jak bezpieczeństwo.
