Röntgendetector op plastic voor medische beeldvorming

Digitale röntgensystemen hebben een aantal voordelen ten opzichte van oudere, analoge systemen. De beelden zijn sneller beschikbaar, zijn makkelijker te delen en kunnen worden verkregen met minder straling. Maar de huidige digitale röntgensensoren worden nog steeds geproduceerd op grote glazen substraten, waardoor ze zwaar en moeilijk te transporteren zijn en makkelijk kunnen breken.

In 2012 demonstreerde het team de eerste complete röntgendetector op een dun plastic substraat. Dat was een zogeheten indirecte flat panel detector (FPD) en hij combineerde een standaard scintillator met een nieuw soort organische fotodiodelaag en een backplane met organische dunnefilm transistoren (TFT’s). Door gebruik te maken van een in een oplossing verwerkte organische halfgeleider in plaats van het gebruikelijke amorfe silicium kon het team de procestemperaturen zo ver reduceren dat kon worden gewerkt met plasticfilm-substraten. Ook werd een aantal kostbare lithografiestappen geëlimineerd, wat de deur opent naar lagere productiekosten.

Nu realiseerde hetzelfde team een belangrijke doorbraak in de prestaties van de sensor. De lekstroom van de fotodiode (de output van de diode zonder dat er licht op valt) is gereduceerd met een factor 10 000, tot 10^-7 mA/cm². Daarmee wordt ruimschoots voldaan aan de eisen voor medische detectoren.  Dit verbetert de signaal/ruisverhouding en daarmee de beeldkwaliteit bij lage stralingsdoses. Verder worden oxide-transistoren gebruikt in plaats van organische transistoren. De mobiliteit van de ladingsdragers in metaaloxide TFT’s is 10 tot 50 maal groter dan met amorf silicium of organische transistoren, zodat een snellere beeldacquisitie mogelijk is.

Deze voordelen werden geïntegreerd in een ‘high-aperture’ QQVGA (160 x 120 pixels) detectorplaat met een hoge resolutie van 200 pixels/inch. Deze plaat werd gebruikt met externe elektronica, bestaande uit componenten die momenteel al in medische toepassingen worden gebruikt en waarin geen modificaties hoefden te worden aangebracht.

"Röntgendetectors op plastic kunnen leiden tot lichtere, robuustere en goedkopere röntgensystemen die makkelijker in het ziekenhuis zijn te verplaatsen. Twee jaar geleden konden we als eerste aantonen dat dergelijke systemen technische mogelijk zijn. En nu hebben we laten zien dat ze de prestaties kunnen leveren die nodig zijn voor medisch   gebruik. Ons volgende doel is het opschalen van de technologie om een 30 cm x 30 cm grote demonstratormodule voor medische toepassingen te produceren", zegt Gerwin Gelinck, leider van het team bij Holst Centre.

De ontwikkeling is gedaan in samenwerking met Philips Research en Philips Healthcare.