东京都市大学研发合成钻石剂量计，兼顾诊疗测量

近日，由东京都市大学（Tokyo Metropolitan University）教授新庄清光（Kiyomitsu Shinsho）领衔的研究团队，联合东北大学及Orbray公司，在辐射剂量测量领域取得突破性进展。他们利用Orbray开发的异质外延合成钻石材料，成功验证了合成钻石作为辐射剂量计的可行性，使其能够同时适用于医学诊断和放射治疗场景。

这一成果发表在《医学物理》（Medical Physics）期刊上，题为《低压运行异质外延钻石电离室在诊断X射线剂量测量中的首次评估》。研究团队证明，基于钻石的剂量计不仅能测量与诊断用X射线相同能量范围内的辐射剂量，其体积灵敏度更是远超传统探测器。

突破传统空气电离室的物理局限

在临床环境中，测量辐射剂量至关重要。目前，辐射剂量测量的标准方案是采用空气电离室（Air Ionization Chamber）。其原理是让射线穿过一定体积的空气，产生可测量的电流。然而，这种技术面临着巨大的量程挑战。

诊断用X射线的剂量远低于放射治疗中的剂量。用于治疗的空气电离室往往需要较大的空气体积，导致探测器笨重，难以通过移动来绘制剂量随位置变化的分布图。更关键的是，在极低剂量水平下，传统设备的灵敏度低到几乎无法使用，存在“死区”。

钻石材料带来灵敏度与体积的双重革命

新庄教授团队另辟蹊径，摒弃了传统的空气介质，转而采用通过异质外延（Heteroepitaxy）技术在电极上逐层沉积原子生长出的合成钻石。这种技术使得钻石晶体能够高质量地生长在基底之上。

实验数据显示，这款新型钻石电离室的尺寸仅为4 x 4 x 0.5毫米，其体积约为典型空气电离室的1/1250。然而，在施加-100伏相对较低的工作电压时，其单位体积的灵敏度却提高了13,500倍。

该探测器对辐射剂量表现出优异的线性响应，且对X射线能量的依赖性极小。其在低能量诊断设备中的成功应用表明，它完全有能力应对放射治疗中更高的剂量水平。这意味着，同一款设备有望打通从诊断到治疗的全流程剂量监测。

此外，钻石由碳元素组成，其原子序数与人体组织相近，是的人体组织等效材料，这进一步提升了其在生物医学应用中的准确性。

构建高精度辐射监测网络

这项技术为辐射剂量测量带来了多维度的革新。首先，设备的紧凑性使其应用场景极为广泛，从个人佩戴式剂量计、治疗过程中的实时监测，到环境辐射监控，均可胜任。

由于其小巧的体积，多个探测器可以像相机传感器像素点一样排列成网络，从而绘制出大面积区域内的剂量分布图。其次，其对低剂量的高灵敏度，将有助于深化科学界对低水平辐射暴露对人体影响的理解，这是放射学研究中的一个关键盲区。

更为重要的是，该技术为解决长期存在的“剂量一致性”难题提供了方案。如果诊断和治疗使用同一款高灵敏度设备进行测量，不同场景下的剂量数据将具有直接的可比性，从而确保医疗数据的科学性和公平性。这一突破不仅将推动医疗设备的小型化与精准化，也将提升环境辐射监测的整体水平。