Med hjälp av en liten enhet som kallas en optisk antenn, forskare har skapat en röntgensensor som är integrerad på änden av en optisk fiber med bara några tiotals mikron i diameter. Genom att detektera röntgenstrålar i en extremt liten rumslig skala, sensorn kan kombineras med röntgenleverantörsteknik för att möjliggöra högprecision medicinsk avbildning och terapeutiska tillämpningar.

"Vi vill utveckla denna teknik så att den kan användas inom strålbehandling, till exempel, "sa Thierry Grosjean, från FEMTO-ST Institute, Nationellt centrum för vetenskaplig forskning, Frankrike. "Specifikt, sensorn kan möjliggöra en realtidsmätning av hur mycket strålning som levereras till en tumör via endoskopi. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optikbokstäver , forskarna demonstrerar sin nya röntgensensor med hjälp av röntgenstrålar med låg energi. De säger att samma princip bör fungera med högenergiröntgenstrålarna som används för medicinska tillämpningar som bildbehandling och strålbehandling.

Kontrollampa

Liksom många av dagens röntgenapplikationer, den nya sensorn använder indirekt detektering. Istället för att direkt känna av röntgenstrålar, denna metod använder en speciell detektor som kallas en scintillator, som absorberar röntgenstrålarna och sedan avger ljus som detekteras av en optisk kamera.

Att uppnå indirekt röntgenupptäckt i liten skala är utmanande eftersom scintillatorer avger fotoner i alla riktningar. Skalning av scintillatorer till en mycket liten storlek betyder att de kommer att avge väldigt få fotoner, vilket gör det nästan omöjligt för kameran att fånga tillräckligt med fotoner i precis rätt vinkel. Forskarna vände sig till optiska antenner för att hjälpa till med denna utmaning.

Eftersom optiska antenner har använts för att kontrollera ljusutsläpp från fluorescerande molekyler, forskarna trodde att de också kan styra ljus från scintillatorer. "En optisk antenn fungerar ungefär som en radiofrekvensantenn, erbjuder ett sätt att koppla ihop en sändare med ledigt utrymme, "sa Grosjean." Vi visade att de kan användas för att kontrollera riktningen av utsläpp från scintillatorer. "

Tillverkar sensorn

För att göra röntgensensorn, forskarna använde en optisk antenn för att ansluta en enda -optisk fiber med ett litet kluster scintillatorer. De tillverkade den optiska antennen, bara några mikron bred, på fiberns ände och ympade scintillatorklustret vid dess extremitet. Ljus från scintillatorerna träffar antennen och riktas in i fibern, där den går till en fjärroptisk detektor. Denna inställning håller elektroniken borta från röntgenstrålar, som skyddar elektroniken från skador efter upprepad användning.

Även om tillverkningen av röntgensensorn krävde en renrumsfacilitet, forskarna sa att det inte var en svår eller dyr process. De arbetar för närvarande med procedurer som kan göra det ännu enklare att ympa scintillatorerna på fiberantennen.

Från deras experiment, forskarna uppskattade att sensorn har en rumslig upplösning i storleksordningen 1 mikron, som de arbetar med att öka till cirka 100 nanometer. Denna förbättrade upplösning skulle göra det möjligt för enheten att skilja kemiska komponenter i kompositmaterial genom att använda fiberspetsen för att genomföra lågenergiröntgenmikroskopi.

Förutom att utöka tekniken för att arbeta med de högenergiröntgenstrålar som krävs för medicinska tillämpningar, forskarna undersöker också om optiska antenner kan möjliggöra snabbare röntgendetektorer. Eftersom enheterna har visat sig förkorta tiden mellan ljusabsorption och ljusemission i fluorescensprocesser, antennerna kan också förkorta tiden mellan röntgenabsorption och ljusemission inom scintillatorer-vilket skapar ett snabbare sätt att upptäcka röntgenstrålar.