手機將能拍X光片!福州大學團隊研發出柔性X射線成像技術,曾兩次登上Nature

?2021-03-13 08:23 ?145人閱讀 ? 雙一流大學網

  “雖然我國平板探測器已經逐步實現國產化替代,但國產平板探測器仍然是采用境外采購的閃爍體、電子元件等關鍵零部件進行組裝,并未實現完全的自主化?!?/strong>福建省 “閩江學者特聘教授”、福州大學化學學院研究員、博士生導師陳秋水告訴 DeepTech。

  相信大部分人都曾去過醫院做過 “胸透”,這也是 X 射線成像技術的在生活中最常見的應用。其實,不單在醫學成像領域,X 射線成像技術在醫學影像、工業探測、安檢排爆等領域均有廣泛應用。

  

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圖 | 牙周 X 射線成像(來源:Pixabay)

  2021 年,有媒體曾列出 “卡住中國脖子的 35 項技術”,除了大家比較熟悉的航空發動機、光刻機、芯片等,這其中還包括醫學影像設備元器件。

  然而這一局面現在將有所改觀。

  據了解,福州大學楊黃浩、陳秋水教授課題組、新加坡國立大學劉小鋼團隊與合作者發現了長余輝發光的稀土氟化物納米晶閃爍體,提出了高能量 X 射線光子誘導缺陷產生長余輝發光的機理,并制備出新一代柔性 X 射線成像設備,突破了傳統 X 射線平板探測器的限制。

  2 月 17 日,他們在 Nature 上發表了題為 “高分辨率 X 射線發光擴展成像技術” 的論文,對這一研究成果進行了介紹。

  

手機將能拍X光片!福州大學團隊研發出柔性X射線成像技術,曾兩次登上Nature


  圖 | Nature 相關論文截圖(來源:Nature)

  論文發布之后,Nature 雜志也發表了述評:此項研究讓 X 射線成像技術有了較大突破,標志著中國在柔性 X 射線成像技術方面已經進入國際先進行列。此外,這也將加速推動高端 X 射線成像設備實現國產化。

  國內 X 射線設備并未實現完全自主化

  “目前,我國高端 X 射線醫學影像設備以及關鍵元器件主要依賴于進口,自主研發高端 CT、DR 和 CR 設備的創新能力仍然有待于提升?!?談及國內 X 射線影像技術的發展現狀,陳秋水說道。

  

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  圖 | 福州大學陳秋水教授(來源:受訪者)

  常見的 X 射線醫學影像設備,比如平板探測器是通過一層閃爍體材料和一層高度像素化的非晶硅耦合薄膜晶體管(TFT)陣列,將穿過目標物的 X 射線光子轉化為數字信號,從而實現目標物的數字化 X 射線成像。

  “閃爍體是平板探測器的核心部件?!?/strong>陳秋水指出。X 射線影像設備中被稱為 “光子晶片” 的閃爍體,其作用是將高能量 X 射線光子轉為可見光,它的性能決定著整個設備的成像靈敏度和分辨率。然而,作為核心部件的這種高性能閃爍體材料目前絕大部分依靠進口。

  一味地依賴進口就必然會導致被他國掣肘。對此,陳秋水表示:“進口高端醫學影像設備及其關鍵元器件面臨成本高以及核心技術封鎖等問題?!?他隨后補充道:“現階段商用平板探測器普遍采用的是鉈摻雜的碘化銫(CsI:Tl)或鋱摻雜的硫氧化釓(Gd2O2S:Tb)閃爍體,這一類材料的制備工藝復雜且帶有較強的毒性,關鍵是核心制備技術一直被日本、歐洲國家所壟斷?!?/p>

  面對外國的技術封鎖,自主創新研發是唯一出路,中國亟待研發出新型 X 射線成像閃爍體材料來實現破局。

  稀土納米閃爍體長余輝材料是關鍵突破口

  想要突破就需要對目前的技術瓶頸進行攻關?,F階段,薄膜晶體管陣列、非晶硅光電轉換層和閃爍體是制造傳統 X 射線平板探測器不可缺少的材料,然而商業化的平板探測器不但體積龐大而且造價昂貴,關鍵是還有一個先天 “缺陷”—— 無法實現曲面以及不規則物體的三維成像。

  近 30 年來,科學家們致力于研發出一種柔性 X 射線平板探測器,但開發柔性 X 射線平板探測器存在兩個關鍵技術壁壘:

  其一,難以制備大面積高效的柔性薄膜晶體管陣列;

  其二,傳統微米級閃爍體材料不適合應用于柔性器件的制造。

  這意味著以現階段的技術想要制造出大面積、柔性的(薄膜晶體管陣列和非晶硅光電轉換層)X 射線平板探測器非常困難。

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