這一發(fā)明將有效降低醫(yī)學(xué)成像和安檢過程中使用的X射線劑量，從而降低輻射導(dǎo)致的患癌幾率，同時也能提升成像系統(tǒng)空間分辨率。
從華中科技大學(xué)獲悉，我國高端醫(yī)療儀器核心部件開發(fā)獲重大突破 ，武漢光電國家實驗室(籌)研發(fā)出一種新型鈣鈦礦輻射探測器，具有高靈敏度、低檢測限、無鉛化特點，且其材料相比制造閃爍晶體所用的稀土材料更加低廉易制取。這一發(fā)明將有效降低醫(yī)學(xué)成像和安檢過程中使用的X射線劑量，從而降低輻射導(dǎo)致的患癌幾率，同時也能提升成像系統(tǒng)空間分辨率。
據(jù)專家介紹，無鉛鈣鈦礦的研發(fā)充分體現(xiàn)了材料學(xué)的進(jìn)步對醫(yī)療儀器發(fā)展的推動作用。
這項由武漢光電實驗室唐江的材料研究團(tuán)隊與謝慶國的高端醫(yī)療儀器研究團(tuán)隊合作開發(fā)的成果于10月2日以《具有低檢測限的銫銀鉍溴單晶X射線探測器》(Cs2AgBiBr6 single crystal X-ray detectors with a low detection limit)為題發(fā)表在光電領(lǐng)域權(quán)威雜志《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics, IF=37.852)上。
近期的熱門鈣鈦礦材料，其實不含鈣也不含鈦，它是一類具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABX3)的鉛基鹵素半導(dǎo)體材料。因其具有優(yōu)異的光電特性，易于吸收光并長距離輸送電荷，成為太陽能電池領(lǐng)域的熱門材料。事實上，在醫(yī)學(xué)成像方面，鈣鈦礦同樣大有用武之地。它可以把高能射線變成可以靈活處理的電脈沖信號，實現(xiàn)非常靈敏的探測與成像。目前，市面上的醫(yī)學(xué)成像儀器核心部件主要采用高光輸出的閃爍晶體，這類晶體熔點比較高，制備能耗很大，成本也比較高，還必須配合光電轉(zhuǎn)換器件使用。鈣鈦礦則更加便宜且易制取。
鈣鈦礦無鉛化可以避免在制備、提取等一系列工藝中產(chǎn)生的潛在環(huán)境污染，也不會對人體健康造成傷害。
一直致力于非鉛鈣鈦礦材料的開發(fā)及其在光電器件方面應(yīng)用的唐江團(tuán)隊，此次將鉛基鈣鈦礦中的鉛替換為銀和鉍，通過簡單溶液法在低溫下制備出銫銀鉍溴單晶，從而避免鉛的使用。通過系統(tǒng)優(yōu)化，最終制備的器件綜合性能達(dá)到甚至部分超過鉛基鈣鈦礦和目前商用的非晶硒探測器水平。
論文共同通訊作者唐江教授、牛廣達(dá)副研究員和論文共同第一作者鄧貞宙博士認(rèn)為，非鉛鈣鈦礦材料不含劇毒元素鉛，也不需要傳統(tǒng)閃爍晶體需要的昂貴稀土元素，可以顯著降低X射線探測與成像的材料成本。更重要的是，具有低檢測限的X射線直接探測器不僅能夠減少醫(yī)學(xué)成像和安檢過程中使用的X射線劑量，從而降低輻射導(dǎo)致的患癌幾率，同時也能提升成像系統(tǒng)空間分辨率，有希望實現(xiàn)疾病的早期檢測，應(yīng)用前景廣闊。
在醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域深耕多年的數(shù)字PET發(fā)明人謝慶國教授認(rèn)為，盡管國內(nèi)高端醫(yī)療器械市場已進(jìn)入高速發(fā)展期,但關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件仍是高端醫(yī)療器械進(jìn)一步發(fā)展的痛點。若將無鉛鈣鈦礦應(yīng)用到高端醫(yī)療器械的核心部件開發(fā)中，將能減少中國高端醫(yī)療儀器對稀土這種戰(zhàn)略資源的依賴和需求，增強(qiáng)高端醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的工業(yè)基礎(chǔ)能力，形成從新材料到新部件到新裝備的創(chuàng)新閉環(huán)，實現(xiàn)高端醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，為中國早日邁向制造強(qiáng)國助力。
據(jù)了解，X射線探測器廣泛應(yīng)用于安檢、醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)材料檢驗等領(lǐng)域。目前傳統(tǒng)方法是利用閃爍晶體將X光子轉(zhuǎn)化為可見光，再激勵光電倍增管產(chǎn)生電信號，其成像分辨率受到光學(xué)串?dāng)_限制。而直接探測是利用半導(dǎo)體材料將X光子直接轉(zhuǎn)換為電子信號的檢測方法，擁有更高的空間分辨率和更低的系統(tǒng)成本。
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