كريس بارانيوكمراسل التكنولوجيا
كروميكاستلقي على ظهرك أمام ماسح ضوئي كبير في المستشفى، قدر المستطاع، مع وضع ذراعيك فوق رأسك – لمدة 45 دقيقة. لا يبدو الأمر ممتعًا كثيرًا.
وهذا ما كان على المرضى في مستشفى رويال برومبتون في لندن القيام به أثناء بعض عمليات فحص الرئة، حتى قام المستشفى بتركيب جهاز جديد في العام الماضي يختصر هذه الفحوصات إلى 15 دقيقة فقط.
ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى تقنية معالجة الصور في الماسح الضوئي وأيضًا إلى مادة خاصة تسمى تيلوريد الكادميوم والزنك (CZT)، والتي تسمح للآلة بإنتاج صور ثلاثية الأبعاد مفصلة للغاية لرئتي المرضى.
يقول الدكتور كشاما ويشاليكار، رئيس قسم الطب النووي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني: “يمكنك الحصول على صور جميلة باستخدام هذا الماسح الضوئي”. “إنه إنجاز مذهل في الهندسة والفيزياء.”
إن جهاز CZT الموجود في الجهاز، والذي تم تركيبه في المستشفى في أغسطس الماضي، من صنع شركة كروميك – وهي شركة بريطانية. تعد شركة Kromek واحدة من الشركات القليلة في العالم التي يمكنها تصنيع CZT. ربما لم تسمع عن هذه الأشياء من قبل، ولكنها، على حد تعبير الدكتور ويشاليكار، تمكن من إحداث “ثورة” في التصوير الطبي.
ولهذه المادة الرائعة العديد من الاستخدامات الأخرى، كما هو الحال في تلسكوبات الأشعة السينية، وكاشفات الإشعاع، والماسحات الضوئية الأمنية في المطارات. ويتم الطلب عليه بشكل متزايد.
تتضمن الفحوصات التي تجريها الدكتورة ويشاليكار وزملاؤها على رئتي المرضى البحث عن وجود العديد من جلطات الدم الصغيرة لدى الأشخاص المصابين بكوفيد طويل الأمد، أو جلطة أكبر تُعرف باسم الانسداد الرئوي، على سبيل المثال.
ويعمل الماسح الضوئي الذي تبلغ تكلفته مليون جنيه استرليني عن طريق الكشف عن أشعة جاما المنبعثة من مادة مشعة يتم حقنها في أجسام المرضى.
لكن حساسية الماسح الضوئي تعني أن هناك حاجة إلى كمية أقل من هذه المادة عما كانت عليه من قبل. ويقول الدكتور ويشاليكار: “يمكننا تقليل الجرعات بنسبة 30% تقريبًا”. في حين أن الماسحات الضوئية المعتمدة على CZT ليست جديدة بشكل عام، إلا أن الماسحات الضوئية الكبيرة لكامل الجسم مثل هذا الماسح الضوئي هي ابتكار حديث نسبيًا.
مؤسسة غاي وسانت توماس التابعة لهيئة الخدمات الصحية الوطنيةلقد كان CZT نفسه موجودًا منذ عقود ولكن من الصعب تصنيعه. يقول أرناب باسو، الرئيس التنفيذي المؤسس لشركة كروميك: “لقد استغرق الأمر وقتا طويلا حتى يتطور إلى عملية إنتاج على نطاق صناعي”.
وفي منشأة الشركة في سيدجفيلد، يوجد 170 فرنًا صغيرًا في غرفة وصفها الدكتور باسو بأنها تبدو “مثل مزرعة خوادم”.
يتم تسخين مسحوق خاص في هذه الأفران، ثم يتحول إلى منصهر، ومن ثم يتم ترسيخه إلى هيكل أحادي البلورة. العملية برمتها تستغرق أسابيع. “ذرة بعد ذرة، يتم إعادة ترتيب البلورات […] يقول الدكتور باسو: “حتى تصبح جميعها متوافقة”.
يمكن لـ CZT، وهو شبه موصل، تم تشكيله حديثًا، اكتشاف جزيئات الفوتون الصغيرة في الأشعة السينية وأشعة جاما بدقة لا تصدق – مثل نسخة متخصصة للغاية من مستشعر الصور القائم على السيليكون والمستشعر للضوء في كاميرا هاتفك الذكي.
عندما يضرب فوتون عالي الطاقة CZT، فإنه يحرك إلكترونًا ويمكن استخدام هذه الإشارة الكهربائية لتكوين صورة. استخدمت تقنية الماسح الضوئي السابقة عملية مكونة من خطوتين، والتي لم تكن دقيقة.
ويقول الدكتور باسو: “إنها تقنية رقمية”. “إنها خطوة تحويل واحدة. فهي تحتفظ بجميع المعلومات المهمة مثل التوقيت، وطاقة الأشعة السينية التي تصل إلى كاشف CZT – ويمكنك إنشاء صور ملونة أو صور طيفية.”
ويضيف أن الماسحات الضوئية المستندة إلى CZT تُستخدم حاليًا للكشف عن المتفجرات في مطارات المملكة المتحدة، ولفحص الأمتعة المسجلة في بعض المطارات الأمريكية. “نتوقع أن تدخل CZT إلى قطاع حقائب اليد خلال الفترة التالية [few] سنين.”
كروميكولكن ليس من السهل دائمًا الحصول على CZT.
وقد استخدم هنريك كراوتشينسكي، من جامعة واشنطن في سانت لويس بالولايات المتحدة، هذه المادة من قبل في التلسكوبات الفضائية المرتبطة بالبالونات عالية الارتفاع. يمكن لهذه الكواشف التقاط الأشعة السينية المنبعثة من النجوم النيوترونية والبلازما حول الثقوب السوداء.
يريد البروفيسور كراوتشينسكي قطعًا رفيعة جدًا من CZT يبلغ سمكها 0.8 ملم لتلسكوباته لأن ذلك يساعد على تقليل كمية إشعاع الخلفية الذي تلتقطه، مما يسمح بإشارة أكثر وضوحًا. ويقول: “نرغب في شراء 17 كاشفًا جديدًا”. “من الصعب حقًا الحصول على هؤلاء النحيفين.”
لم يكن قادرًا على الحصول على CZT من Kromek. ويقول الدكتور باسو إن الطلب على شركته مرتفع في الوقت الحالي. ويضيف: “نحن ندعم العديد والعديد من المنظمات البحثية. ومن الصعب جدًا علينا القيام بمئات الأشياء المختلفة. كل بحث [project] يحتاج إلى نوع خاص جدًا من بنية الكاشف.”
بالنسبة للبروفيسور كراوتشينسكي، هذه ليست أزمة، فهو يقول إنه قد يستخدم إما مادة CZT التي حصل عليها من أبحاث سابقة، أو بديل الكادميوم تيلورايد، في مهمته التالية.
ومع ذلك، هناك صداع أكبر في الوقت الحالي. كان من المقرر أن تنطلق تلك المهمة القادمة من القارة القطبية الجنوبية في ديسمبر/كانون الأول، لكن “كل التواريخ في تغير مستمر”، كما يقول البروفيسور كراوتشينسكي، بسبب إغلاق الحكومة الأمريكية.
مصدر ضوء الماسيستخدم العديد من العلماء الآخرين CZT. وفي المملكة المتحدة، ستعمل عملية ترقية رئيسية لمنشأة أبحاث Diamond Light Source في أوكسفوردشاير – بتكلفة نصف مليار جنيه استرليني – على تحسين قدراتها بفضل تركيب أجهزة الكشف المعتمدة على CZT.
مصدر الضوء الماسي هو سنكروترون، يطلق الإلكترونات حول حلقة عملاقة بسرعة تقارب سرعة الضوء. يتسبب المغناطيس في فقدان هذه الإلكترونات الطنانة بعض الطاقة على شكل أشعة سينية، ويتم توجيهها بعيدًا عن الحلقة في خطوط الحزمة بحيث يمكن استخدامها لتحليل المواد، على سبيل المثال.
تضمنت بعض التجارب الحديثة فحص الشوائب في الألومنيوم أثناء ذوبانه. أولئك الذين يفهمون الشوائب بشكل أفضل يمكن أن يساعدوا في تحسين الأشكال المعاد تدويرها من المعدن.
ومع ترقية مصدر الضوء الماسي، المقرر اكتماله في عام 2030، ستكون الأشعة السينية المنتجة أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ، مما يعني أن أجهزة الاستشعار الحالية لن تكون قادرة على اكتشافها بشكل صحيح.
يقول مات فيل، قائد مجموعة تطوير أجهزة الكشف في مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا، وهو المالك الأكبر لشركة Diamond Light Source: “لا فائدة من إنفاق كل هذه الأموال على تطوير هذه المرافق إذا لم تتمكن من اكتشاف الضوء الذي تنتجه”.
ولهذا السبب، تعتبر مادة CZT هي المادة المفضلة هنا أيضًا.
