Hay tres tipos de células cónicas en la retina que se denominan conos L (sensibles a la luz roja), conos M (sensibles a la luz verde) y conos S (sensibles a la luz azul). La respuesta coordinada de los conos a la luz visible en el rango de longitud de onda de 400-780 nm nos permite ver el mundo colorido. En el rango de longitud de onda de los rayos X invisibles (1 pm—10 nm), los detectores de rayos X realizan la misma función que los "ojos". Sin embargo, los detectores de rayos X generalmente aplican detección de modo de integración de carga, que no puede distinguir la longitud de onda y la energía. Por lo tanto, la radiografía digital y los exámenes de TC solo pueden obtener imágenes en escala de grises.

De hecho, la energía fotónica de los rayos X transporta mucha información. La capacidad de atenuación de rayos X depende de la energía de los fotones emitidos y de la densidad y composición del objeto penetrado. El desarrollo de la detección de rayos X para la discriminación de energía dual o multienergía es una dirección de investigación importante en campos relacionados. Estos detectores son útiles para distinguir sustancias de diferentes densidades, mejorar el contraste de imágenes entre objetos orgánicos e inorgánicos e identificar sustancias blandas (goma, plástico, tejido blando, etc.) que absorben la radiación de forma deficiente.

Además, el detector también puede extraer imágenes de diferentes sustancias en el mismo lugar mediante sustracción digital, como sustraer huesos y conservar solo la imagen del pulmón en una radiografía de tórax. Sin embargo, en la actualidad, la discriminación de energía de los detectores de doble capa no puede cumplir con los complejos requisitos de imagen. Y el modo de detección de rayos X indirectos (rayos X→luz visible→carga de electrones) que ahora se aplica comúnmente limita la sensibilidad de detección, lo que requiere una alta dosis de radiación para obtener imágenes claras.

En un nuevo artículo publicado en Light Science &Application , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Guangda Niu y el profesor Jiang Tang del Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China, y sus compañeros de trabajo han demostrado, por primera vez, el diseño novedoso de "vertical detectores de rayos X directos de perovskita de matriz" (rayos X → carga de electrones) para la detección de múltiples energías. El término "matriz vertical" significa que la matriz de detectores está alineada a lo largo de la dirección de incidencia de un rayo X en lugar de ser perpendicular a la dirección de incidencia. El principio es que los fotones de rayos X con diferente energía tienen diferentes profundidades de atenuación dentro de la matriz vertical, y los fotones de baja energía depositan la mayor parte de la energía en las capas superficiales y los fotones de alta energía en las capas más profundas. De este modo, la matriz vertical podría restaurar el espectro de rayos X en detalle. Además, este detector de rayos X puede realizar una discriminación multienergía eficaz con una sola exposición, lo que no se ha logrado con los detectores tradicionales. Con la ayuda del método de sustracción, podía distinguir claramente objetos con densidades altas y bajas.

En este artículo, los investigadores construyeron la matriz de conversión entre el espectro de energía de rayos X y las respuestas de los electrodos de la matriz vertical en cinco rangos. La matriz de conversión es universal para diferentes espectros de rayos X, que solo depende de la estructura y las propiedades del propio detector.

"Para demostración, derivamos con precisión los valores de energía de corte para fuentes de rayos X desconocidas. Los elementos de la matriz espectral reconstruida no solo tienen bordes de corte claros que coinciden con los voltajes de conducción reales (45 kVp, 55 kVp, 65 kVp ), pero también tienen pequeñas brechas con las intensidades espectrales de rayos X simuladas como 10,41 % (45 kVp), 2,77 % (55 kVp), 2,97 % (65 kVp) respectivamente. Esta buena combinación demuestra la eficacia de la matriz de conversión". afirma el estudio.

"Utilizamos proporcionalmente CaCO₃ , PDMS y parafina con densidades similares para reemplazar los tres componentes más importantes del cuerpo humano, el esqueleto, la sangre y los músculos, y la grasa para aplicaciones de imágenes de rayos X de múltiples energías. Las sustancias de baja densidad tienen un contraste de imagen más alto desde el electrodo frontal y las sustancias pesadas obtienen imágenes más claras en el electrodo posterior. Las imágenes de múltiples grupos de diferentes sustancias se pueden separar mediante sustracción digital. El detector de matriz vertical podría producir un conjunto de imágenes que contienen la información clasificada por densidad con una sola exposición y ubicar la posición oculta para todas las sustancias de baja, media y alta densidad".

"El detector de perovskita de matriz vertical puede pintar fotografías de rayos X en color en blanco y negro y proporcionar más información oculta en aplicaciones como el diagnóstico de enfermedades. Brinda oportunidades alentadoras para el espectrómetro de rayos X de bajo costo de próxima generación con resolución de energía, sustancia discriminación y mejora del contraste de imágenes", dicen los científicos. + Explora más

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