Révolutionner la tomographie assistée par ordinateur gr?ce au comptage de photons
La tomodensitométrie (CT) est devenue un outil incontournable de la médecine moderne. Mais en améliorant l'imagerie et en réduisant l'exposition aux rayons X, les scanners CT pourraient faire beaucoup plus. Dans le cadre d'un projet mené avec le partenaire industriel ams International AG, les chercheurs de l'ETH testent de nouveaux matériaux pour le procédé prometteur de comptage de photons.
Les tomodensitomètres existent depuis longtemps et sont considérés comme un outil de diagnostic fiable dans les pays industrialisés. Au fil du temps, plusieurs améliorations ont été apportées, réduisant la dose de rayons X et améliorant la qualité de l'image gr?ce à la réduction du bruit de fond des détecteurs. D'autres optimisations sont possibles gr?ce à la méthode de comptage des photons, qui repose sur la détection directe des photons X avec une résolution énergétique. Cette méthode a été développée il y a plus d'une décennie et des études cliniques ont montré qu'elle pouvait améliorer le diagnostic. Cependant, les systèmes de TDM à comptage de photons existants ne se sont pas encore imposés sur le marché en raison de leur co?t très élevé et de la faible efficacité du matériel de détection utilisé.
Nouveaux matériaux pour les détecteurs à comptage de photons
Les systèmes de TDM à comptage de photons existants, utilisés pour les études cliniques, utilisent soit le tellurure de cadmium, soit le tellurure de cadmium et de zinc comme matériau de détection. Ces matériaux sont co?teux en raison du faible rendement du matériau de détection, du processus de fabrication compliqué et de l'intégration complexe du système.
Le groupe Kovalenko à l'ETH a récemment utilisé des pérovskites d'halogénure de plomb comme matériau de détection de rayonnement prometteur, qui pourrait résoudre les problèmes de co?t des systèmes de tomodensitométrie à comptage de photons existants. Les pérovskites combinent un comportement d'arrêt élevé avec un transport de charge efficace et une fabrication simple, ce qui représente un avantage certain par rapport aux matériaux actuels.
En 2020, le KovalenkoLab a mis en place le SynMatLab (Laboratory for Multiscale Materials Synthesis and Hands-on Education). Il comprend une installation de croissance cristalline ultramoderne (fours de croissance Bridgman) et l'équipement associé pour la découpe et le polissage de monocristaux et le dép?t de contacts métalliques. L'illustration ci-dessous montre les résultats d'un cristal cultivé et d'un détecteur pixélisé fabriqué à partir de tels cristaux, produits avec les équipements du SynMatLab. Cette installation unique a joué un r?le clé dans le développement de nouveaux matériaux pour la détection des rayonnements.
Une collaboration fructueuse pour les deux parties
La pandémie de COVID et la nécessité qui en a résulté de réaliser de nombreux examens CT ont mis en évidence le besoin de scanners à comptage de photons avec une exposition réduite aux radiations. Il est donc urgent de développer la méthode de comptage de photons afin de la rendre plus accessible. ams International est un fabricant leader de capteurs et d'émetteurs qui dispose d'un grand centre de recherche et de développement à Rapperswil (Suisse). Lorsque l'entreprise a pris connaissance des recherches du professeur Kovalenko sur les pérovskites, elle a pris contact avec lui pour étudier la possibilité d'utiliser ces nouveaux matériaux dans les systèmes de tomodensitométrie à comptage de photons.
Les premières rencontres Zoom ont débouché sur une coopération en matière de recherche soutenue par Innosuisse. Le projet a débuté il y a trois ans et prendra fin en décembre 2024. Les partenaires ont pour objectif de faire du scanner à comptage de photons un succès. Cet objectif sera atteint gr?ce à une baisse du prix du matériel de détection et à une structure plus simple, ainsi qu'à une dose de rayons X plus faible pour le patient ou à une meilleure résolution des images.
Jusqu'à présent, des progrès prometteurs ont été réalisés. Alors qu'ams indique qu'ils bénéficient des connaissances approfondies de l'ETH dans le domaine des matériaux de détection, les chercheurs apprécient les aspects pratiques et utiles de leur travail ainsi que le soutien pragmatique d'ams.
Découvertes et applications
Les chercheurs indiquent que ce nouveau matériau sous forme de nanocristaux pourrait, outre son utilisation dans les systèmes de tomodensitométrie à comptage de photons, révolutionner d'autres domaines tels que les écrans de télévision ou les écrans d'ordinateur. C'est également un matériau prometteur pour l'industrie des semi-conducteurs, par exemple pour les appareils photo.
Les deux partenaires sont confiants dans leur capacité à atteindre leurs objectifs d'ici la fin du projet. Le produit devra ensuite être comparé aux solutions actuelles, passer à la production de masse et être commercialisé. ams International espère que la nouvelle génération de systèmes de TDM à comptage de photons sera disponible sur le marché dans quelques années.
Contact/Liens :
ETH Zurich Kovalenko Lab - Matériaux inorganiques fonctionnels
page externeAms International SA, Sensor Solutions
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