Прозрачный кристалл размером с почтовую марку только что продемонстрировал, что он может видеть изнутри человеческого тела с беспрецедентной точностью. Исследователи из Северо-Западного университета Они создали первый медицинский сканер на основе перовскита – кристалла, используемого в солнечных батареях. В чём разница? Вместо того, чтобы улавливать солнечный свет, эти кристаллы улавливают гамма-лучи, испускаемые радиоактивными изотопами, используемыми в ядерной медицине.
Результат: изображения, такие же чёткие, как у современных дорогих сканеров, но за гораздо меньшую цену. Технология, которая может обеспечить расширенную диагностику даже в больницах с ограниченным бюджетом.
От солнца к человеческому телу
Перовскиты – это кристаллы, которые уже имеют преобразовал сектор солнечной энергетики. Теперь, по словам исследование опубликовано в Природа связи, готовятся сделать то же самое с ядерной медициной. Меркури Канацидис, профессор химии в Северо-Западного университета и старший автор исследования поясняет: «Это первое явное доказательство того, что перовскитные детекторы могут создавать настолько четкие и надежные изображения, которые необходимы врачам для оказания наилучшей медицинской помощи своим пациентам».
Ядерная медицина работает как невидимая фотография телаВрачи вводят небольшое количество радиоактивного вещества (индикатора), испускающего гамма-лучи. Эти лучи проходят через ткань и улавливаются внешним детектором. Каждый гамма-луч действует как пиксель света, и когда миллионы этих «пикселей» регистрируются, компьютеры собирают их в трёхмерные изображения функционирующих органов.
Текущая проблема стоимости
Современные сканеры используют дорогие и сложные в производстве детекторы. Самые современные из них изготовлены с использованием теллурид кадмия-цинка (CZT), стоят сотни тысяч или миллионы долларов за камеру. Кристаллы хрупкие, а производство сложное. Самая дешёвая альтернатива – йодид натрия (NaI), более доступен, но дает менее точные изображения, как будто смотришь через запотевшее окно.
Команда под руководством Ихуэй Хэ о 'Университет Сучжоу Разработан пикселизированный перовскитный детектор – сетка из пикселей размером четыре на четыре, каждый из которых имеет ширину около семи миллиметров и толщину чуть более трёх миллиметров. В экспериментах этот детектор продемонстрировал выдающиеся возможности: он различал гамма-излучение разных энергий с наилучшим из когда-либо зарегистрированных разрешений и обнаруживал крайне слабые сигналы от технеций-99м, медицинский индикатор, широко используемый в клинической практике.
Новый медицинский сканер на основе перовскита достигает рекордного энергетического разрешения: 2,5% при 141 кэВ и 1,0% при 662 кэВОн смог различить невероятно мелкие детали, создавая чёткие изображения, разделяющие мельчайшие радиоактивные источники всего на несколько миллиметров. Детектор сохранял высокую стабильность, собирая практически весь сигнал трассера без потерь и искажений.
Медицинские сканеры на солнечных батареях: преимущества для пациентов и больниц
Обещанных преимуществ множество. Для пациентов: более короткие сеансы сканирования, более чёткие диагностические изображения и меньшее облучение. Поскольку новые детекторы более чувствительны, Пациентам может потребоваться более короткое время сканирования или меньшие дозы облучения..
Для больниц главное преимущество — экономическое. Ихуэй Хэ указывает на то:
«Наш подход не только повышает производительность детектора, но и может снизить затраты. Это означает, что больше больниц и клиник в конечном итоге получат доступ к лучшим технологиям визуализации».
Запуск Актиния Инк., ответвление Северо-Западного университета, уже занимается коммерциализацией этой технологии, сотрудничая с партнерами в отрасли медицинского оборудования, чтобы перенести ее из лабораторий в больницы.
На пути к «демократической» ядерной медицине
Канатцидис работает над кристаллами перовскита уже более десяти лет. в 2012Его группа создала первые твердоплёночные солнечные элементы на основе перовскитов. В 2013 году он продемонстрировал, что отдельные кристаллы перовскита способны эффективно регистрировать рентгеновское и гамма-излучение. Это достижение вызвало волну международных исследований и помог основать новое направление, ориентированное на материалы для измерения радиации.
«Эта работа демонстрирует, насколько далеко мы можем вывести перовскитные детекторы за рамки лабораторных исследований», — говорит Канатцидис.
«Сейчас мы показываем, что детекторы на основе перовскита могут обеспечить разрешение и чувствительность, необходимые для сложных приложений, таких как визуализация в ядерной медицине».
Высококачественная ядерная медицина не должна ограничиваться больницами, которые могут позволить себе самое дорогое оборудование. С помощью медицинского сканера на основе перовскита мы можем открыть путь к более чётким, быстрым и безопасным исследованиям для гораздо большего числа пациентов по всему миру. Конечная цель проста: более качественные сканирования, более точная диагностика и более качественное лечение.
