Nowy ekran ze szkła może zwiększyć rozdzielczość obrazów rentgenowskich przy obniżonej dawce promieniowania i podnieść komfort pacjentów. O innowacyjnym rozwiązaniu donosi publikacja w „ACS Energy Letters”.
Obrazy rentgenowskie umożliwiają analizę chorób i urazów, kontrolę zawartości bagażu na lotniskach czy identyfikację defektów w układach elektronicznych.
Badacze z King Abdullah University of Science and Technology (Arabia Saudyjska) opracowali ulepszony ekran szklany, który emituje światło widzialne pod wpływem promieniowania rentgenowskiego. Pozwala to na uzyskiwanie zdjęć rentgenowskich o wysokiej rozdzielczości przy jednoczesnym zmniejszeniu natężenia promieniowania. Ekran funkcjonuje nawet pod wodą i można go kształtować w formy zakrzywione, co w przyszłości może przyczynić się między innymi do poprawy komfortu podczas mammografii.
Wykonany ze szkła ekran, określany jako scyntylator, przechwytuje promienie rentgenowskie przechodzące przez badany obiekt i przekształca je w impulsy światła widzialnego.
„Im efektywniejsza jest konwersja realizowana przez scyntylator, tym ostrzejszy staje się obraz cyfrowy, a tym samym niższa dawka promieniowania jest wymagana do jego uzyskania” – wyjaśnił Osman Bakr, współautor publikacji.
W celu zwiększenia efektywności scyntylatorów szklanych, Bakr, Mehmet Bayindir i ich zespół połączyli w strukturze szkła nanoklastry miedzi, jodu oraz organicznego liganda. Następnie uformowali z nowej kompozycji szklanej ekrany i wykonali zdjęcia rentgenowskie karty pamięci micro SD oraz owada, ujawniając w nich złożone detale.
„Projektując te materiały od podstaw, stworzyliśmy »szkło kwantowe«, które idealnie integruje cząsteczki i nanokryształy” – podkreślił Bayindir. Bashir Hasanov, pierwszy autor badania, dodaje, że „ekran jest tak samo elastyczny jak materiały polimerowe, jednocześnie zachowując wysoką wydajność obrazowania sztywnych kryształów, co otwiera nowe perspektywy dla trójwymiarowej diagnostyki rentgenowskiej z użyciem zakrzywionych powierzchni”.
Obecność wody zazwyczaj utrudnia obrazowanie rentgenowskie. Niemniej jednak, nowy, wysoce efektywny scyntylator pozwolił na uchwycenie bardzo wyraźnego obrazu ogona ryby w środowisku wodnym. Uzyskany obraz był nieodróżnialny od obrazu zarejestrowanego w warunkach powietrznych.
Inną cechą nowego szkła nanoklastrowego jest jego elastyczność po podgrzaniu do 42 stopni Celsjusza, co umożliwia tworzenie zakrzywionych ekranów. Może to pozwolić przyszłym badaczom na projektowanie systemów obrazowania rentgenowskiego, które dostosowują się do anatomii ludzkiego ciała – w przeciwieństwie do obecnych mammografów, które wymagają kompresji tkanki piersi pomiędzy płaskimi panelami dla uzyskania prawidłowego skanu.
„Mamy nadzieję na zmniejszenie dyskomfortu fizycznego związanego z badaniami przesiewowymi ratującymi życie, takimi jak mammografia, co zachęci więcej pacjentek do regularnego uczestnictwa w badaniach” – zaznaczył Bakr. – „Ponieważ nasze szklane ekrany charakteryzują się bardzo wysoką efektywnością w przekształcaniu promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne, są w stanie rejestrować obrazy diagnostyczne przy niższym natężeniu promieniowania”.
Naukowcy przewidują, że dalsze prace rozwojowe mogą otworzyć drogę do bezpieczniejszych i częstszych badań przesiewowych, wspierających wczesne wykrywanie nowotworów.
Paweł Wernicki (PAP)
pmw/ zan/