Une technologie de détection capable de créer des images nettes à partir de doses ultra-faibles de rayons X pourrait améliorer la sécurité de l’imagerie médicale par rayons X. L’invention permet d’obtenir une sensibilité élevée en utilisant une nouvelle pérovskite à arrangement monocristallin comme matériau de détection de rayons X.
Bien que les appareils à rayons X restent une forme essentielle d’imagerie médicale, les rayons X sont une forme de rayonnement ionisant à haute énergie et des doses élevées sont associées à un risque accru de cancer. Maintenir l’exposition aux rayons X dans des limites de sécurité limite l’utilisation médicale.
Des recherches intenses sont en cours pour identifier les matériaux susceptibles d’augmenter la sensibilité des détecteurs de rayons X, permettant ainsi d’obtenir des images médicales de haute qualité avec de très faibles doses de rayons X.
« Ces dernières années, de nombreux matériaux pérovskites monocristallins ont démontré d’excellentes performances en matière de détection des rayons X. “, explique Xin Song, chercheur au KAUST et membre du groupe de recherche d’Omar Mohammed, qui a dirigé les travaux.
Lorsqu’un photon de rayon X frappe un cristal semi-conducteur pérovskite, il génère une paire de charges électriques, l’une positive et l’autre négative. Lorsque ces charges atteignent les électrodes situées aux bords de la pérovskite, elles créent un photocourant à partir duquel des images radiographiques peuvent être générées.
Pour améliorer encore les performances des détecteurs de rayons X à base de pérovskite, l’équipe a ciblé le « courant sombre » des matériaux. « . Le courant d’obscurité est principalement provoqué par les porteurs de charge générés par la chaleur et les courants de fuite à l’intérieur de l’appareil, ajoute-t-elle.
Le courant d’obscurité dans un détecteur de rayons X peut masquer les signaux de rayons X à faible dose et introduire du bruit supplémentaire. ” Cela réduit le rapport signal/bruit et a un impact négatif sur les performances globales de l’appareil. », indique encore Mme Song.
L’équipe de recherche a maintenant démontré qu’une approche appelée ingénierie en cascade peut supprimer efficacement le courant d’obscurité. “ L’ingénierie en cascade consiste à connecter un type de monocristaux en série », dit M. Mohammed. La connexion de cristaux en série augmente la résistance électrique entre les appareils. ” Cela peut réduire efficacement le courant d’obscurité et le bruit de l’appareil sans affecter les porteurs de charge générés par les rayons X, améliorant ainsi les performances du détecteur et réduisant sa limite de détection.»
L’équipe a développé un dispositif basé sur un pérovskite appelé bromure de plomb méthylammonium (MAPbBr3) pour tester le concept d’ingénierie en cascade. ” Ce matériau présente une stabilité relativement élevée et le procédé de synthèse permet la préparation de monocristaux de MAPbBr3 avec une excellente reproductibilité. », explique M. Song. Ces attributs font de ce matériau un candidat idéal pour la fabrication de détecteurs de rayons X, avec un potentiel commercial important, ajoute-t-elle.
Les chercheurs ont testé des connexions de 1 à 4 monocristaux en série et ont montré que l’augmentation du nombre de connexions en série réduisait efficacement le courant d’obscurité. Cependant, l’augmentation du nombre de cristaux a également affaibli la sensibilité de détection de l’appareil. ” Nous avons constaté que la connexion de deux cristaux en série atteignait la limite de détection la plus basse tout en conservant une sensibilité plus élevée. », précise M. Song. Le couplage de deux cristaux en cascade a permis d’abaisser la limite de détection de 590 nGy-s-1 à seulement 100 nGy-s-1.
« Nous étudions actuellement la structure en cascade d’autres monocristaux de pérovskite, dans le but de réduire davantage leurs limites de détection. », conclut M. Mohammed.
L’équipe travaille également sur la mise en cascade de monocristaux MAPbBr3 pour l’imagerie médicale réelle.
Légende de l’illustration : En appliquant l’approche d’ingénierie en cascade au bromure de pérovskite de plomb et de méthylammonium (MAPbBr3), les chercheurs de KAUST ont développé un détecteur de rayons X avec des performances accrues et une limite de détection inférieure.
Song, X., Zhang, X., He, T., Wang, J., Zhu, H., Zhou, R., Ahmad, T., Bakr, OM& Mohammed, OF Révolutionner l’imagerie par rayons X : un pas vers détection de doses ultra-faibles avec une approche conçue en cascade. ACS Science centrale102082-2089 (2024).| Article
Source : Dossier
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