Фото Кромека
Представьте: вы лежите в аппарате компьютерной томографии 45 минут, не двигаясь, руки над головой. Неприятно, правда? Так поступали пациенты в Королевской больнице Бромптона в Лондоне, пока в прошлом году там не установили новое устройство, сократившее время процедуры до 15 минут.
Такой результат стал возможен не только благодаря современной обработке изображений, но и благодаря уникальному материалу — сплаву теллурида кадмия и теллурида цинка (CZT). Он позволяет создавать трехмерные высокодетализированные изображения легких пациентов.
«Вы получаете красивые изображения», — говорит доктор Кшама Вечалекар, руководитель отдела ПЭТ/КТ—диагностики. больницах в августе прошлого года, производится британской компанией Kromek — одной из немногих в мире, способной производить этот материал.
Возможно, вы никогда о нем не слышали, но, по словам доктора Вечалекара, CZT совершает настоящую революцию в медицинской визуализации.
Этот «чудо-материал» имеет множество применений: от рентгеновских телескопов и детекторов радиации до сканеров безопасности в аэропортах. Спрос на него растет с каждым годом.
В Королевской больнице Бромптона CZT помогает обнаружить небольшие тромбы у пациентов с «длительным течением COVID» и большие тромбы, например, при тромбоэмболии легочной артерии.
Схема такая: пациенту вводят радиоактивное вещество, а аппарат фиксирует излучаемые им гамма-лучи.
«Из-за высокой чувствительности ЦЗТ дозы можно снизить примерно на 30%», — говорит доктор Вечалекар.
Фото предоставлено: Фонд Гая и Сент—Томаса NHS Foundation Trust
Как изготавливается CZT
Сам материал известен уже десятилетия, но его чрезвычайно сложно производить.
«Наладка промышленного производства заняла много времени», — объясняет Арнаб. Басу, генеральный директор Kromek.
По словам Басу, на заводе в Седжфилде имеется 170 небольших печей, а сама лаборатория напоминает «серверную ферму».
Специальный порошок плавится и превращается в монокристаллическую структуру — процесс, который занимает недели. «Атом за атомом кристаллы выравниваются, чтобы сделать все идеальным», — добавляет Басу.
Фото предоставлено: Кромек
CZT — это полупроводник, который улавливает даже мельчайшие фотоны рентгеновских и гамма-лучей с невероятной точностью. Вы можете сравнить его со сверхчувствительным сенсором камеры вашего смартфона.
Когда высокоэффективный фотон попадает на CZT, он создает электронный сигнал, который устройство преобразует в изображение. Раньше в сканерах использовалась менее точная двухэтапная система.
«Это полностью цифровой процесс», — объясняет Басу. «Вся важная информация — импульс и энергия фотона — сохраняется, и можно создавать цветные и спектроскопические изображения».
На службе науки и безопасности
Сейчас этот материал используется для обнаружения взрывчатых веществ в британских аэропортах и для проверки багажа в США.
«В ближайшие годы CZT, вероятно, появится даже в ручной клади», — добавляет Басу.
Но добыть этот материал непросто. Профессор Генрик Кравчинский из Вашингтонского университета использует CZT в высотных космических телескопах для улавливания рентгеновских лучей от нейтронных звезд и плазмы вокруг черных дыр.
Для своих экспериментов учёному нужны ультратонкие пластины CZT толщиной всего 0,8 мм, чтобы снизить фоновое излучение и получить чистый сигнал.
«Нам нужно 17 новых детекторов», — говорит он.
«Мы поддерживаем множество исследовательских проектов», — объясняет Басу. «Каждому нужен уникальный тип детектора».
Фото предоставлено: Diamond Light Source
Наука на новом уровне
Серьезные научные проекты также зависят от CZT.
В Британии идет масштабная реконструкция исследовательского центра Diamond Light Source.
Благодаря установке детекторов на основе CZT лаборатория получит новые возможности для исследований.
Diamond Light Source — мощный синхротрон, генерирующий чрезвычайно яркое рентгеновское излучение. Электроны ускоряются почти до скорости света вокруг огромного кольца, а магниты заставляют их терять энергию в виде рентгеновских лучей, которые затем используются для анализа материалов.
Центр проводит исследования в таких областях, как медицина, биотехнология, энергетика, материаловедение и изменение климата.
Например, ученые недавно исследовали примеси в алюминии во время его выплавки, чтобы улучшить качество переработанного металла.
После модернизации, которая будет завершена к 2030 году рентгеновские лучи станут намного ярче, и старые датчики не смогут их улавливать.
«Нет смысла тратить миллионы на модернизацию, если вы не можете уловить свет», — объясняет Мэтти Вейл, руководитель группы разработчиков детекторов.
И CZT еще раз доказывает, что без него можно обойтись.
