به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ دانشمندانی از دانشگاه نورث‌وسترن در ایالات متحده و دانشگاه سوژو در چین نخستین آشکارساز مبتنی بر پروسکایت را ساخته‌اند که می‌تواند پرتوهای گامای منفرد را با دقتی بی‌سابقه برای تصویربرداری SPECT ثبت کند. SPECT یک روش تصویربرداری در پزشکی هسته‌ای است که با استفاده از یک ماده رادیواکتیو به نام ردیاب انجام می‌شود. این ردیاب در بدن بیمار تزریق یا بلعیده می‌شود و پرتوهای گامای تک‌فوتونی منتشر می‌کند. آشکارسازهای ویژه‌ای این پرتوها را ثبت می‌کنند و سپس کامپیوتر آن‌ها را به یک تصویر سه‌بعدی از اندام‌ها و بافت‌های بدن تبدیل می‌کند. کاربرد اصلی SPECT در بررسی عملکرد اندام‌ها (مثل قلب، مغز، استخوان‌ها و اندام‌های داخلی) است، نه فقط شکل و ساختار آن‌ها.

اما ابزار تازه دانشمندان آمریکایی و چینی می‌تواند روش‌های متداول تصویربرداری پزشکی هسته‌ای را شفاف‌تر، سریع‌تر، ارزان‌تر و ایمن‌تر سازد و این دستاورد برای بیماران می‌تواند به معنای کوتاه‌تر شدن زمان اسکن، وضوح بیشتر نتایج و دریافت دوز پایین‌تر پرتوی هسته‌ای باشد.

محققان می‌گویند: پروسکایت‌ها خانواده‌ای از کریستال‌ها هستند که بیشتر به ‌دلیل تحول در حوزه انرژی خورشیدی شناخته می‌شوند، اما اکنون آماده‌اند که در پزشکی هسته‌ای نیز همین تحول را ایجاد کنند. این نخستین اثبات روشن است که آشکارسازهای پروسکایتی می‌توانند تصاویری شفاف و قابل اعتماد تولید کنند که پزشکان برای بهترین درمان بیماران به آن نیاز دارند.

آنها می‌افزایند: رویکرد ما نه‌ تنها عملکرد آشکارسازها را بهبود می‌بخشد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز کاهش دهد. این یعنی در آینده، بیمارستان‌ها و کلینیک‌های بیشتری به فناوری‌های تصویربرداری پیشرفته دسترسی خواهند داشت.

پزشکی هسته‌ای مانند تصویربرداری SPECT همچون یک دوربین نامرئی عمل می‌کند. پزشکان مقدار اندکی ردیاب پرتوزا (ایمن و کوتاه‌عمر) را در نقطه خاصی از بدن بیمار تزریق می‌کنند. این ردیاب پرتوهای گاما ساطع می‌کند که از میان بافت‌ها عبور می‌کنند و در نهایت به آشکارساز خارج از بدن می‌رسند. هر پرتو گاما همانند یک پیکسل نور عمل می‌کند. پس از جمع‌آوری میلیون‌ها پیکسل، کامپیوترها می‌توانند تصویر سه‌بعدی دقیقی از اندام‌های فعال بدن بسازند.

آشکارسازهای امروزی که از کادمیم-روی-تلورید (CZT) یا یدید سدیم (NaI) ساخته می‌شوند، معایب متعددی دارند. آشکارسازهای CZT بسیار گران هستند و قیمت آن‌ها گاه به صدها هزار تا میلیون‌ها دلار برای یک دوربین کامل می‌رسد. این کریستال‌ها شکننده‌اند و به‌سختی ساخته می‌شوند. در مقابل، آشکارسازهای NaI ارزان‌ترند، اما حجیمند و تصاویر تار تولید می‌کنند؛ درست مثل عکاسی از پشت شیشه بخارگرفته.

از این روست که دانشمندان برای حل این مشکلات به کریستال‌های پروسکایتی روی آوردند؛ موادی که کاناتزیدیس، استاد شیمی دانشگاه نورث‌وسترن، بیش از یک دهه روی آن‌ها تحقیق کرده است. او و گروهش در سال ۲۰۱۲ نخستین سلول خورشیدی لایه‌نازک پروسکایتی را ساختند و در ۲۰۱۳ نشان دادند که کریستال‌های منفرد پروسکایت برای آشکارسازی پرتو ایکس و گاما بسیار امیدبخشند. این کشف موجی از پژوهش‌های جهانی را آغاز کرد و عملاً زمینه‌ساز یک شاخه تازه در علم مواد آشکارساز تابش سخت شد.

کاناتزیدیس می‌گوید: این کار نشان می‌دهد که چطور می‌توانیم آشکارسازهای پروسکایتی را از آزمایشگاه فراتر ببریم. وقتی در ۲۰۱۳ این قابلیت را کشف کردیم، تنها می‌توانستیم آینده آن را تصور کنیم. اکنون نشان داده‌ایم که این آشکارسازها می‌توانند دقت و حساسیت لازم برای تصویربرداری پزشکی هسته‌ای را فراهم کنند. هیجان‌انگیز است که این فناوری به مرحله کاربرد واقعی نزدیک می‌شود.

او و یی‌هویی هه، استاد دانشگاه سوژو، با مهندسی سطح، طراحی دستگاه و رشد دقیق کریستال‌ها موفق شدند حسگری پیکسلی بسازند—شبیه پیکسل‌های دوربین تلفن همراه—که وضوح و پایداری بی‌سابقه‌ای دارد.

هه طراحی معماری پیکسلی، بهینه‌سازی الکترونیک خوانش چندکاناله و اجرای آزمایش‌های تصویربرداری با وضوح بالا را بر عهده داشت. آن‌ها نشان دادند که آشکارسازهای پروسکایتی می‌توانند به بهترین تفکیک انرژی و کیفیت تک‌فوتونی دست یابند و راه را برای استفاده عملی در سامانه‌های نسل بعد تصویربرداری پزشکی هموار سازند.

در آزمایش‌ها، این آشکارساز توانست پرتوهای گامای با انرژی‌های مختلف را با بهترین وضوح گزارش‌شده تاکنون تشخیص دهد. همچنین سیگنال‌های بسیار ضعیف ردیاب پرتوزای رایج در پزشکی را آشکارسازی کرد و ویژگی‌های بسیار ظریف را به ‌صورت تصاویر واضح ثبت کرد؛ تا جایی که توانست منابع رادیواکتیو بسیار کوچک و نزدیک به هم را تفکیک کند.

این دستگاه همچنین پایداری بالایی داشت و تقریباً همه سیگنال‌های ردیاب را بدون اتلاف یا اعوجاج ثبت کرد. چون این آشکارسازها حساس‌تر هستند، بیماران می‌توانند با زمان اسکن کوتاه‌تر یا دوز پرتوی کمتر تصویربرداری شوند.

یک شرکت انشعابی از دانشگاه نورث‌وسترن به نام Actinia Inc. در حال تجاری‌سازی این فناوری است تا با همکاری صنعت تجهیزات پزشکی، آن را از آزمایشگاه به بیمارستان‌ها بیاورد. از آنجا که رشد کریستال‌های پروسکایتی ساده‌تر و اجزای آن ارزان‌تر است، این فناوری می‌تواند جایگزینی کم‌هزینه‌تر از CZT و NaI بدون کاهش کیفیت باشد.

هه می‌گوید: نمایش اینکه پروسکایت‌ها می‌توانند تصویربرداری تک‌فوتونی گامای پزشکی انجام دهند، یک نقطه عطف است. این نشان می‌دهد که این مواد آماده‌اند تا از مرحله آزمایشگاهی فراتر بروند و مستقیماً به سود سلامت انسان به کار گرفته شوند.

کاناتزیدیس در پایان می‌گوید: پزشکی هسته‌ای باکیفیت نباید تنها محدود به بیمارستان‌هایی باشد که توان خرید تجهیزات گران‌قیمت را دارند. با پروسکایت‌ها می‌توانیم راه را برای اسکن‌های شفاف‌تر، سریع‌تر و ایمن‌تر برای بیماران بیشتری در سراسر جهان باز کنیم. هدف نهایی، اسکن بهتر، تشخیص بهتر و درمان بهتر بیماران است.

انتهای پیام/