X射线计算机断层(Computed Tomography,简称CT)技术作为一种诊断成像技术,能够进一步无损地提供物体内部结构的三维(3D)信息,在现代医学影像技术中发挥着和关键作用。为了提高CT成像的分辨率和准确性,降低使用的X射线剂量以减少患者的辐射暴露风险,需要开发满足成像要求的阵列探测器。大多商用医疗CT设备使用像素化的闪烁体探测器,传统的无机和陶瓷闪烁体,通过在表面图案化的模板中沉积/回填,或通过外部包覆低折射率的结构基质来形成阵列衍生的结构化闪烁体。然而,传统闪烁体的合成温度过高(约1700℃)、结构和形状的不灵活性以及形成阵列需要的复杂光刻工艺仍成为需要改进的因素。近年来金属卤化物钙钛矿闪烁体以其温和的合成条件、优异的X射线吸收能力、较高的相对光产率和纳秒级的衰减时间而备受关注,然而相关研究多局限于二维成像,关于三维CT成像的应用有待进一步研究。
针对上述问题,魏浩桐课题组设计了一种抗散射的钙钛矿闪烁体阵列,并实现了高分辨率的CT成像。首先通过配体交换方法制备了具有比油胺配体更高荧光强度的辛胺配体CsPbBr3纳米晶,将纳米晶的荧光强度提高了近1.8倍。同时设计制备了一种与CsPbBr3折射率相匹配的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)阵列,使用成本效益高的溶液处理方法制备了CsPbBr3@PS闪烁体阵列,并证明了该阵列由于低折射率材料阻挡光的能力和CsPbBr3本身的光子循环效应,表现出了比单片膜更出色的抗光散射作用和更加增强的光收集效率,相对光产额达到了约41700 photons/MeV。令人兴奋的是,该工作中使用单像素面积为160μm×160 μm的CsPbBr3@PS闪烁体阵列实现了牙齿的X射线CT成像,在60 kV能量,258μGyairs-1剂量率的X射线下,完美地复原了牙齿的三维形状,比二维成像提供了更多层面和角度的解剖信息。同时,在较低的总有效射线剂量0.22 mSv下,能够实现与商用CBCT扫描仪相媲美的高质量成像,在MTF=0.1时,CT成像的空间分辨率达到20.1 lp cm-1。本工作大大体现了钙钛矿闪烁体阵列在X射线CT成像的潜在应用,为减少患者的曝光辐射剂量和提高医学诊断图像的分辨率做出了贡献。这一成果近期发表于Advanced Materials杂志。(Advanced Materials,2025,37, 2417248)
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