Rivoluzionare la tomografia computerizzata attraverso il conteggio dei fotoni
La tomografia computerizzata (TC) è diventata una parte indispensabile della medicina moderna. Ma con un'immagine migliore e una minore esposizione ai raggi X, gli scanner CT potrebbero ottenere molto di più. In un progetto con il partner industriale ams International AG, i ricercatori dell'ETH stanno testando nuovi materiali per il promettente processo di conteggio dei fotoni.
Gli scanner CT esistono da molto tempo e sono considerati uno strumento diagnostico affidabile nei paesi industrializzati. Nel corso del tempo sono stati introdotti vari miglioramenti che hanno ridotto la dose di raggi X e migliorato la qualità dell'immagine grazie alla riduzione del rumore del rivelatore. Un'ulteriore ottimizzazione è possibile grazie al metodo del conteggio dei fotoni, che si basa sulla rilevazione diretta dei fotoni dei raggi X con risoluzione energetica. Questo metodo è stato sviluppato più di dieci anni fa e gli studi clinici hanno dimostrato che può migliorare la diagnostica. Tuttavia, i sistemi di tomografia computerizzata a conteggio di fotoni esistenti non si sono ancora affermati sul mercato a causa del costo molto elevato e della bassa efficienza del materiale del rivelatore utilizzato.
Nuovi materiali per i rivelatori a conteggio di fotoni
Gli attuali sistemi di tomografia computerizzata a conteggio di fotoni utilizzati per gli studi clinici utilizzano come materiale di rivelazione il tellururo di cadmio o il tellururo di cadmio e zinco. Questi materiali sono costosi a causa della bassa resa del materiale del rivelatore, del complicato processo di produzione e della complessa integrazione del sistema.
Il gruppo Kovalenko dell'ETH ha recentemente utilizzato le perovskiti di alogenuro di piombo come promettente materiale per la rivelazione delle radiazioni, che potrebbe risolvere i problemi di costo degli attuali sistemi di tomografia computerizzata a conteggio di fotoni. Le perovskiti combinano un elevato comportamento di arresto con un efficiente trasporto di carica e una facilità di fabbricazione, il che rappresenta un vantaggio significativo rispetto ai materiali attuali.
Nel 2020, il Laboratorio Kovalenko ha istituito il SynMatLab (Laboratory for Multiscale Materials Synthesis and Hands-on Education). Esso comprende un impianto di crescita di cristalli all'avanguardia (forni di crescita Bridgman) e attrezzature associate per il taglio e la lucidatura di monocristalli e per la deposizione di contatti metallici. L'immagine sottostante mostra i risultati di un cristallo cresciuto e di un rivelatore pixelato realizzato con tali cristalli utilizzando le apparecchiature del SynMatLab. Questa struttura unica nel suo genere ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo di nuovi materiali per la rilevazione delle radiazioni.
Una cooperazione fruttuosa per entrambe le parti
La pandemia di COVID e la conseguente necessità di numerosi esami TC hanno evidenziato la necessità di scanner TC a conteggio di fotoni con una minore esposizione alle radiazioni. Pertanto, è urgente sviluppare ulteriormente il metodo di conteggio dei fotoni per renderlo più accessibile. ams International è un produttore leader di sensori ed emettitori con un grande centro di ricerca e sviluppo a Rapperswil (Svizzera). Quando l'azienda ha sentito parlare delle ricerche del professore Kovalenko, lo ha contattato per studiare la possibilità di utilizzare i nuovi materiali nei sistemi di tomografia computerizzata a conteggio di fotoni.
Gli incontri iniziali di Zoom hanno portato a una cooperazione nel settore della ricerca sostenuta da Innosuisse. Il progetto è iniziato tre anni fa e terminerà nel dicembre 2024. L'obiettivo dei partner è quello di rendere la tomografia computerizzata a conteggio di fotoni un successo. Questo obiettivo deve essere raggiunto attraverso prezzi più bassi per il materiale di rilevazione e un'impostazione più semplice, nonché una dose di raggi X inferiore per il paziente o una migliore risoluzione delle immagini.
Finora sono stati compiuti progressi promettenti. Se da un lato ams sottolinea di beneficiare delle profonde conoscenze dell'ETH in materia di materiali di rivelazione, dall'altro i ricercatori apprezzano gli aspetti pratici e significativi del loro lavoro e il sostegno pragmatico di ams.
Risultati e applicazioni
I ricercatori sottolineano che il nuovo materiale, sotto forma di nanocristalli, potrebbe rivoluzionare altri settori, come gli schermi televisivi o i display dei computer, oltre a essere utilizzato nei sistemi di tomografia computerizzata per il conteggio dei fotoni. È anche un materiale promettente per l'industria dei semiconduttori, ad esempio per le fotocamere.
Entrambi i partner sono fiduciosi di poter raggiungere i loro obiettivi entro la fine del progetto. Il prodotto dovrà poi essere confrontato con le soluzioni attuali, trasferito alla produzione di massa e commercializzato. ams International spera che la nuova generazione di sistemi di tomografia computerizzata a conteggio di fotoni sarà sul mercato entro pochi anni.
Contatti/Link:
ETH di Zurigo - Laboratorio Kovalenko Materiali inorganici funzionali
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