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CZT检测器技术:准备在下一代医学成像系统中大放异彩

辐射成像 质子治疗 医学成像 伽马射线
发布:2021-04-13 16:45:54    

从基于质子的癌症治疗到小动物PET扫描仪,美国技术公司H3D一直在寻找医学成像市场的增长机会。

量身定制:H3D创始人兼首席执行官Willy Kaye(右)为一家核电站的工人进行产品演示。除了在国防,核电和核安全应用领域已建立的客户群外,H3D还在医疗成像市场上寻求新的增长机会。(来源:H3D)

H3D是一家专注于技术和研究的美国公司,提供用于实时识别和定位伽马射线源的高性能成像光谱仪。在过去的十年中,这家位于密歇根州安阿伯市的制造商以为伽玛射线成像和光谱学提供专业测量解决方案的各种最终用户而闻名。该客户群包括政府机构和核急救人员,核电厂的辐射安全官员以及负责按照核不扩散条约进行维护和合规的国际检查员。

H3D创始人兼首席执行官Willy Kaye解释说:“我们的商用仪器基于碲化镉(CZT)辐射探测器,该技术将行业领先的能量分辨率和空间分辨率与室温操作相结合。” H3D以及10名全职博士级人员从事CZT设备开发和优化,H3D则在整个区域供应链(尤其是底特律汽车行业)中吸收了更广泛的工程和技术人才。Kaye补充说:“ H3D的重点是为现场部署准备的强大,完全集成的辐射测量解决方案。” “为实现这一目标,我们利用了一系列行业合作伙伴的专业知识,以确保在可制造性,包装,机械测试,控制电子设备和软件等领域的最佳实践。”

多元化的逻辑

如果这是幕后故事,那么H3D发展的下一章已经形成,并以这些坚实的基础为基础,以解决医学影像市场中CZT的增长机会。M400系列是H3D多元化努力的重中之重,它是一种紧凑且可定制的模块,能够在各种医学成像应用中实现高分辨率伽马光谱。Kaye说:“ M400是一种现成的商用产品,可以很容易地“平铺”以形成具有增强灵敏度的成像阵列。“我们期望在多种成像方式和临床使用案例中具有广泛的适用性。”

目前,H3D与医学影像界的合作体现在有针对性的研发合作计划中。这看起来是双赢的:概念验证实验项目使H3D工程师能够大规模收集定制需求,同时对医学成像专家进行CZT技术的多功能性和功能教育。与巴尔的摩的马里兰质子治疗中心进行了此类合作。由美国国立卫生研究院(NIH)资助的这项为期六年的研发工作,正在评估CZT成像在质子癌治疗中的潜力,质子癌治疗是一种先进的放射治疗形式,可以精确地将放射线递送至复杂的肿瘤,同时保留健康的组织和器官。危险器官。

特别是,M系列构成了高能,高通量光谱仪的基础,该光谱仪能够对质子治疗过程中产生的高能伽玛射线成像(该光谱仪上铺有16个M400单元,即64个CZT晶体和一个总晶体体积310厘米3)。尽管这仍然是早期评估工作,但长期目标是一种车载成像系统,以确保将来自质子治疗束的大部分辐射有效载荷沉积到肿瘤中,而不是相邻的健康组织中。

“质子与组织相互作用产生的迅速伽马射线可用于监测体内的质子束,提供治疗过程中肿瘤位置,束位置和束穿透深度的实时知识,”产品研发人员郝浩解释说。 H3D的工程师。

他补充说:“值得一提的是,该读出系统针对质子癌治疗的高通量条件进行了优化,尽管最终,系统集成方面才是与质子治疗OEM成功进行商业合作的关键。”

功能成像

在单独的合作中,H3D工程师正在研究小动物正电子发射断层扫描(PET)的机会,PET是一种功能成像技术,使用放射性示踪剂来跟踪病变组织(例如癌性肿瘤)的代谢和诸如血流等生理过程的变化和化学吸收。因此,小动物PET为新药的临床前评估提供了关键的成像方式,从而使生物医学科学家能够随时间推移跟踪药物的行为,并跟踪一系列指标,例如治疗效果,生物分布,毒性和排泄。这些小动物研究继而在人类患者进行高级临床试验之前为监管部门的批准程序提供了信息。

考虑到这一点,H3D开发了一种原型成像检测器(基于四个特殊布置的M400模块),用于小动物PET研究。该定制系统目前正在由伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员进行评估,能够实现0.5毫米的空间分辨率(最好的商用闪烁器为1毫米)。Kaye表示:“这对于小动物PET而言是向前迈出的重要一步,并且是任何传统PET探测器中最佳的位置分辨率。” 另外,Urbana-Champaign的科学家还购买了50个M400模块,以评估用于下一代功能成像系统的新型探测器阵列。

H3D的另一项令人感兴趣的应用是在诊断或治疗性医疗程序中监测体内放射性同位素的分布。例如,发射伽玛射线的tech 99m用于骨骼和一系列器官(包括心脏,肝脏,肾脏和胆囊)的功能成像,而碘131则广泛用于治疗过度活跃的人。甲状腺或作为甲状腺癌手术后的随访。

在这种情况下,H3D的伽马射线成像光谱仪通过实时提供患者的伽马射线和光学图像的精确覆盖图,使临床医生能够验证其放射性药物的器官运输模型。Kaye总结道:“尽管我们有信心我们已经开发出了一个真正独特的测量工具,但作为传感器开发人员,我们将需要依靠潜在合作伙伴的创造力,来研究如何基于这项技术来改善患者的预后。”

产品重点:M400系列

设计通用:测试和组装M400系列CZT探测器模块。(来源:H3D)

H3D的M400系列是用于高分辨率伽玛光谱和成像的定制可集成CZT检测器模块。该产品可以用作单个检测器,也可以平铺在一起以提高灵敏度,适用于一系列OEM系统应用,包括无人机,机器人和医学成像阵列。技术规格包括:

空间分辨率:<0.5毫米(≥140keV)

能量分辨率:662 keV时≤FWHM的1.1%(同时发生的相互作用合在一起); 还提供增强分辨率版本(662 keV时,FWHM≤0.8%)

晶体体积:> 19 cm 3 CZT(484个探测器像素)

光谱范围:50 keV至3 MeV

康普顿成像范围:250 keV至3 MeV(可选)

尺寸:10.2×5.3×5.3厘米和0.6公斤

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