Να βρίσκεσαι ξαπλωμένος ανάσκελα μέσα σε ένα μεγάλο σαρωτή νοσοκομείου, όσο πιο ακίνητος γίνεται, με τα χέρια ψηλά για 45 λεπτά, δεν είναι η πιο ευχάριστη εμπειρία.
Αυτή ήταν η καθημερινότητα των ασθενών στο Royal Brompton Hospital του Λονδίνου κατά τη διάρκεια ορισμένων σκαναρίσματος πνευμόνων – μέχρι πέρσι, όταν εγκαταστάθηκε μια νέα συσκευή που μείωσε τη διάρκεια της εξέτασης στα 15 λεπτά.
Αυτό οφείλεται, εν μέρει, στην τεχνολογία επεξεργασίας εικόνας του σαρωτή, αλλά κυρίως σε ένα ιδιαίτερο υλικό γνωστό ως CZT – τα αρχικά του τελουρουριούχου καδμίου-ψευδαργύρου – που επιτρέπει στη μηχανή να παράγει εξαιρετικά λεπτομερείς τρισδιάστατες εικόνες των πνευμόνων.
«Με αυτόν τον σαρωτή αποκτούμε υπέροχες εικόνες», λέει η Δρ. Kshama Wechalekar, επικεφαλής Πυρηνικής Ιατρικής και PET. «Είναι πραγματικό επίτευγμα μηχανικής και φυσικής».
Το CZT της μηχανής, που εγκαταστάθηκε τον Αύγουστο, κατασκευάστηκε από την Kromek, μια βρετανική εταιρεία και μία από τις λίγες στον κόσμο που μπορεί να το παράγει. Αν και μπορεί να μην έχετε ακούσει ποτέ για αυτό, σύμφωνα με τη Δρ. Wechalekar, προκαλεί μια «επανάσταση» στην ιατρική απεικόνιση.
Το εκπληκτικό αυτό υλικό έχει και άλλες εφαρμογές, όπως σε τηλεσκόπια ακτίνων Χ, ανιχνευτές ακτινοβολίας και σαρωτές ασφαλείας στα αεροδρόμια.
Υψηλή ζήτηση, περιορισμένη προσφορά
Οι σαρώσεις βασισμένες σε CZT δεν είναι καινούργιες, αλλά οι σαρωτές ολόκληρου του σώματος είναι σχετικά πρόσφατη καινοτομία. Το CZT υπάρχει εδώ και δεκαετίες, αλλά η παραγωγή του είναι εξαιρετικά δύσκολη.
«Χρειάστηκε πολύς χρόνος για να αναπτυχθεί η διαδικασία παραγωγής σε βιομηχανική κλίμακα», λέει ο Arnab Basu, ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Kromek.
Στις εγκαταστάσεις της εταιρείας στο Sedgefield της Αγγλίας, υπάρχουν 170 μικροί φούρνοι σε ένα δωμάτιο που ο Δρ. Basu περιγράφει σαν «φάρμα διακομιστών».
Εκεί θερμαίνεται μια ειδική σκόνη, λιώνοντας και στη συνέχεια στερεοποιώντας την ώστε να σχηματίσει μια μονοκρυσταλλική δομή. Όλη η διαδικασία διαρκεί εβδομάδες.
«Άτομο προς άτομο, οι κρύσταλλοι αναδιοργανώνονται… μέχρι να ευθυγραμμιστούν πλήρως», εξηγεί. Το νέο CZT, ένας ημιαγωγός, μπορεί να ανιχνεύει μικροσκοπικά φωτόνια ακτίνων Χ και γάμμα με απίστευτη ακρίβεια – σαν μια εξειδικευμένη έκδοση του αισθητήρα εικόνας ενός κινητού τηλεφώνου.
Κάθε φορά που ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας προσπίπτει στο CZT, κινεί ένα ηλεκτρόνιο και αυτό το ηλεκτρικό σήμα χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί η εικόνα. Η προηγούμενη τεχνολογία σαρωτών απαιτούσε μια διαδικασία δύο βημάτων, λιγότερο ακριβή.
«Είναι ψηφιακό», λέει ο Basu. «Μετατρέπει σε ένα μόνο βήμα την πληροφορία, διατηρώντας όλα τα δεδομένα – όπως το χρόνο και την ενέργεια των ακτίνων Χ. Μπορείς να δημιουργήσεις χρωματικές ή φασματοσκοπικές εικόνες».
Επιλεγμένο υλικό για κρίσιμες εφαρμογές
Οι σαρωτές βασισμένοι σε CZT χρησιμοποιούνται ήδη για ανίχνευση εκρηκτικών στο Ηνωμένο Βασίλειο και για έλεγχο αποσκευών σε ορισμένα αεροδρόμια των ΗΠΑ.
Όμως, το CZT δεν είναι εύκολο να βρεθεί. Ο Henric Krawczynski από το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις το έχει χρησιμοποιήσει σε τηλεσκόπια που πετούν με μπαλόνια σε μεγάλα υψόμετρα για να ανιχνεύσουν ακτίνες Χ από νετρονικά αστέρια ή πλάσμα γύρω από μαύρες τρύπες.
Αυτός χρειάζεται πολύ λεπτά κομμάτια CZT, μόλις 0,8 mm, για να μειώνει την ακτινοβολία υπόβαθρου και να έχει πιο καθαρό σήμα. «Θα θέλαμε να αγοράσουμε 17 νέους ανιχνευτές», λέει, «αλλά είναι πραγματικά δύσκολο να τους βρούμε τόσο λεπτούς».
Η Kromek δεν μπορούσε να βοηθήσει, καθώς η ζήτηση είναι τεράστια. «Υποστηρίζουμε πολλούς οργανισμούς έρευνας, αλλά κάθε έργο χρειάζεται έναν εξειδικευμένο τύπο ανιχνευτή», προσθέτει ο Basu.
Στη Βρετανία, η αναβάθμιση του Diamond Light Source, ενός μεγάλου συγχροντρόνιου στο Oxfordshire, θα βελτιώσει την ικανότητα έρευνας με ανιχνευτές CZT. Οι πιο φωτεινές ακτίνες Χ απαιτούν πιο ευαίσθητους αισθητήρες για να ανιχνεύσουν σωστά τα δεδομένα, και εδώ το CZT είναι η ιδανική επιλογή.
Το CZT αποδεικνύεται λοιπόν ένα κρίσιμο υλικό, με εφαρμογές από την ιατρική και την ασφάλεια μέχρι την αστρονομία και την υλικοτεχνική έρευνα, αλλά η παραγωγή του παραμένει αργή, δύσκολη και πολύτιμη.
