ICTPRESS - پژوهشگران آمریکایی و چینی با استفاده از بلورهای پروسکایت (perovskite )، آشکارساز جدیدی برای دوربین‌های تصویربرداری پزشکی هسته‌ای ساختند که دقت تشخیص را به طور بی‌سابقه‌ای افزایش و در عین حال، هزینه تولید را به‌شدت کاهش می‌دهد. دسترسی گسترده‌تر به تصویربرداری‌های دقیق، کاهش زمان اسکن و پرتوگیری بیماران، از مزایای این نوآوری است.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از سای‌تک‌دیلی، پزشکان از روش‌های پزشکی هسته‌ای مانند اسپِکت (SPECT) برای مشاهده عملکرد پمپاژ قلب، ردیابی الگوهای جریان خون و شناسایی بیماری‌های پنهان در اعضای داخلی و عمیق بدن، استفاده می‌کنند. با این حال، اسکنرهای کنونی به آشکارسازهایی متکی هستند که هم پرهزینه‌اند و هم تولیدشان دشوار است.

پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن آمریکا و دانشگاه سوچو در چین، نخستین آشکارساز مبتنی‌بر پروسکایت (ماده‌ای با ساختار کریستالی مشابه کلسیم تیتانات) را توسعه داده‌اند که قادر است پرتوهای گامای منفرد را با دقتی استثنایی برای تصویربرداری اسپکت ثبت کند. این نوآوری می‌تواند روش‌های پرکاربرد تصویربرداری هسته‌ای را دقیق‌تر، کارآمدتر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و ایمن‌تر کند.

از مزایای این فناوری برای بیماران می‌توان به جلسات اسکن کوتاه‌تر، تصاویر تشخیصی واضح‌تر و مواجهه کمتر با پرتو اشاره کرد.

چرا آشکارسازهای کنونی ناکافی هستند؟

روش‌های پزشکی هسته‌ای مانند اسپکت (توموگرافی رایانه‌ای با انتشار تک‌فوتونی) همچون یک دوربین نامرئی عمل می‌کنند. پزشک یک ردیاب رادیواکتیو کوچک، ایمن و با عمر کوتاه را به بخش هدف‌گیری‌شده‌ای از بدن بیمار تزریق می‌کند. این ردیاب، پرتوهای گاما ساطع می‌کند که از بافت‌ها عبور کرده و سپس توسط آشکارسازهایی در خارج از بدن ثبت می‌شوند. هر پرتو گاما مانند یک پیکسل نور عمل می‌کند و با ثبت میلیون‌ها پیکسل، رایانه‌ها تصویری سه‌بعدی از فعالیت اندام موردنظر ایجاد می‌کنند.

آشکارسازهای کنونی معمولاً از تلورید کادمیوم روی (CZT) یا یدید سدیم (NaI) ساخته می‌شوند که هر دو دارای معایبی هستند. آشکارسازهای تلورید کادمیوم روی بسیار پرهزینه (معمولاً صدها هزار تا میلیون‌ها دلار برای هر دوربین) هستند و بلورهای شکننده‌ای دارند که تولید آن‌ها را دشوار می‌کند. آشکارسازهای یدید سدیم کم‌هزینه‌تر، اما حجیم‌تر هستند و تصاویری با وضوح پایین‌تر تولید می‌کنند که به نگاه‌کردن از پشت یک پنجره مه‌آلود شباهت دارد.

راه‌حل پروسکایت

گروه پژوهشی برای مقابله با این چالش‌ها، به بلورهای پروسکایت روی آورد. مرکوری کاناتزیدیس (Mercouri Kanatzidis) از دانشگاه نورث‌وسترن، نویسنده ارشد این مطالعه، از بیش از ده سال پیش، روی این مواد تحقیق می‌کند. پایه‌گذاری این فناوری به سال‌ها قبل بازمی‌گردد.

دستاوردهای پیشگامانه و عملکرد بی‌نظیر در تصویربرداری

پژوهشگران نشان دادند که آشکارسازهای مبتنی بر پروسکایت می‌توانند به وضوح، انرژی بی‌سابقه و عملکرد تصویربرداری تک‌فوتونی بی‌نظیری دست یابند و راه را برای ادغام عملی آن‌ها در سیستم‌های تصویربرداری پزشکی هسته‌ای نسل بعدی هموار کنند.

این آشکارساز در آزمایش‌ها توانست پرتوهای گاما با انرژی‌های مختلف را با بهترین وضوح گزارش‌شده تاکنون تشخیص دهد. همچنین سیگنال‌های بسیار ضعیف ناشی از ردیاب پزشکی رایج تکنسیوم- ۹۹ اِم را حس کرد و ویژگی‌های فوق‌العاده ظریفی را تشخیص داد که به تولید تصاویری واضح منجر شد. این تصاویر قادر بودند منابع رادیواکتیو کوچک با فاصله تنها چند میلی‌متر را از هم تفکیک کنند.

این نوآوری همچنین پایداری بالایی از خود نشان داد و تقریباً همه سیگنال‌های ردیاب را بدون اعوجاج جمع‌آوری کرد. با توجه به حساسیت بیشتر این آشکارسازهای جدید، زمان اسکن بیماران کوتاه‌تر می‌شود و دوز پرتو موردنیاز نیز کاهش خواهد یافت.

تأثیر در دنیای واقعی و تجاری‌سازی

شرکت دانش‌بنیان اکتینیا (Actinia Inc)، در حال تجاری‌سازی این فناوری است و با شرکای فعال در حوزه دستگاه‌های پزشکی همکاری می‌کند تا این فناوری را از آزمایشگاه به بیمارستان‌ها منتقل کند. با توجه به سهولت رشد پروسکایت‌ها و استفاده از اجزای ساده‌تر، آن‌ها جایگزینی بسیار کم‌هزینه‌تر برای آشکارسازهای تلورید کادمیوم روی و یدید سدیم ارائه می‌دهند بدون اینکه از کیفیت کاسته شود. همچنین این فناوری مسیر واقع‌بینانه‌ای برای تصویربرداری با دوز پایین‌تر ردیاب رادیواکتیو در مقایسه با آشکارسازهای یدید سدیم ارائه می‌دهد، اما با قیمتی که دسترسی گسترده بیماران را تضمین می‌کند.

نگاه به آینده

کاناتزیدیس در این زمینه توضیح داد: پزشکی هسته‌ای با کیفیت بالا نباید محدود به بیمارستان‌هایی باشد که توانایی خرید گران‌ترین تجهیزات را دارند. با پروسکایت‌ها، می‌توانیم در را به روی اسکن‌های واضح‌تر، سریع‌تر و ایمن‌تر برای تعداد بیشتری از بیماران در سراسر جهان بگشاییم. هدف نهایی، اسکن‌های بهتر، تشخیص‌های دقیق‌تر و مراقبت‌های درمانی بهتر برای بیماران است.

یافته‌های این پژوهش به‌تازگی در مجله نِیچِر کامیونیکِیشِنز/ Nature Communications منتشر شده است.