Η ιατρική διάγνωση βασίζεται ολοένα και περισσότερο σε εξελιγμένα εργαλεία απεικόνισης, όπως οι σπινθηρογραφήματα SPECT, που επιτρέπουν στους γιατρούς να παρακολουθούν την καρδιακή λειτουργία, τη ροή του αίματος και να εντοπίζουν παθήσεις κρυμμένες βαθιά μέσα στο σώμα. Ωστόσο, η τεχνολογία που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα στηρίζεται σε ακριβούς και δύσχρηστους ανιχνευτές, οι οποίοι καθιστούν τις εξετάσεις κοστοβόρες και, σε ορισμένες περιπτώσεις, λιγότερο ακριβείς απ’ όσο θα ήθελαν οι γιατροί.
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής το Northwestern University σε συνεργασία με το Soochow University της Κίνας, παρουσίασε για πρώτη φορά έναν ανιχνευτή ακτίνων γάμμα κατασκευασμένο από κρυστάλλους περοβσκίτη. Το νέο αυτό εργαλείο υπόσχεται επανάσταση στην πυρηνική ιατρική, καθώς προσφέρει εικόνες με πρωτόγνωρη ευκρίνεια, μειώνει το κόστος και ταυτόχρονα καθιστά τις εξετάσεις ταχύτερες και ασφαλέστερες.
Οι ερευνητές περιγράφουν την πρόοδό τους σε δημοσίευση στο περιοδικό Nature Communications, τονίζοντας πως οι ασθενείς θα επωφεληθούν άμεσα: μικρότερη διάρκεια εξετάσεων, καθαρότερα αποτελέσματα και χαμηλότερες δόσεις ακτινοβολίας.
Από την ηλιακή ενέργεια στη διάγνωση
Οι κρύσταλλοι περοβσκίτη είναι περισσότερο γνωστοί από τον χώρο της ηλιακής ενέργειας. Η ομάδα του κ. Μερκούρη Κανατζίδη στο Northwestern είχε ήδη πρωτοπορήσει το 2012, κατασκευάζοντας τις πρώτες ηλιακές κυψέλες με βάση τα συγκεκριμένα υλικά. Ένα χρόνο αργότερα, ο ίδιος ανακάλυψε ότι οι μονοκρυσταλλικοί περοβσκίτες μπορούσαν να ανιχνεύουν ακτίνες Χ και γάμμα με εντυπωσιακή ακρίβεια, ανοίγοντας έναν νέο επιστημονικό κλάδο.
Σήμερα, περισσότερα από δέκα χρόνια μετά, η ομάδα του κ. Κανατζίδη μαζί με τον Yihui He από το Soochow University κατάφεραν να προσαρμόσουν αυτή τη γνώση στην ιατρική απεικόνιση. Με προσεκτική καλλιέργεια κρυστάλλων, μηχανική επεξεργασία της επιφάνειάς τους και σχεδιασμό προηγμένων συσκευών, δημιούργησαν έναν αισθητήρα που λειτουργεί όπως τα pixels σε μια κάμερα από smartphone, αλλά με σκοπό να αποτυπώνει τα σήματα από τα ραδιοϊχνηθετικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην ιατρική.
Τα μειονεκτήματα της υπάρχουσας τεχνολογίας
Οι σημερινοί ανιχνευτές βασίζονται κυρίως σε δύο υλικά: το τελλουρίδιο καδμίου-ψευδαργύρου (CZT) και το ιωδιούχο νάτριο (NaI). Οι συσκευές με CZT προσφέρουν καλή ποιότητα εικόνας, αλλά κοστίζουν εκατοντάδες χιλιάδες έως και εκατομμύρια δολάρια, ενώ οι κρύσταλλοι είναι εύθραυστοι και δύσκολο να παραχθούν. Από την άλλη, οι ανιχνευτές NaI είναι οικονομικότεροι, όμως η απόδοση τους είναι χαμηλότερη – οι εικόνες μοιάζουν θολές, σαν φωτογραφίες μέσα από θαμπό τζάμι.
Απέναντι σε αυτά τα εμπόδια, οι κρύσταλλοι περοβσκίτη προβάλλουν ως μια πιο οικονομική και αποτελεσματική λύση. Είναι ευκολότεροι στην καλλιέργεια, χρησιμοποιούν απλούστερα εξαρτήματα και, όπως δείχνουν τα πειράματα, ξεπερνούν σε ποιότητα και σταθερότητα τις υπάρχουσες επιλογές.
Ρεκόρ ευκρίνειας και σταθερότητας
Στις δοκιμές, ο νέος ανιχνευτής κατάφερε να διακρίνει ακτίνες γάμμα διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων με την καλύτερη ανάλυση που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα. Ανίχνευσε ακόμα και πολύ αδύναμα σήματα από το ραδιοϊχνηθετικό τεχνήτιο-99m, που χρησιμοποιείται ευρέως στις κλινικές δοκιμές, ενώ παρήγαγε εικόνες υψηλής καθαρότητας, ικανές να ξεχωρίσουν πηγές ακτινοβολίας σε απόσταση λίγων χιλιοστών.
Το πιο ενθαρρυντικό στοιχείο είναι ότι η συσκευή έδειξε εξαιρετική σταθερότητα, συλλέγοντας σχεδόν όλα τα σήματα χωρίς απώλειες ή παραμορφώσεις. Αυτό σημαίνει ότι οι ασθενείς θα χρειάζονται μικρότερες δόσεις ακτινοβολίας και λιγότερο χρόνο παραμονής στον τομογράφο, με σαφές όφελος για την υγεία τους.
Από το εργαστήριο στην αγορά
Η εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη. Η εταιρεία Actinia Inc., που προέκυψε από το Northwestern, συνεργάζεται με βιομηχανικούς εταίρους στον χώρο των ιατρικών συσκευών για να φέρει το προϊόν στα νοσοκομεία. Η υπόσχεση είναι σαφής: ποιοτικές εξετάσεις με σαφώς χαμηλότερο κόστος, προσιτές σε περισσότερους ασθενείς και νοσηλευτικά ιδρύματα παγκοσμίως.
Για τον Yihui He, η δημιουργία της «κρυστάλλινης κάμερας» αποτελεί επιστέγασμα ετών έρευνας:
Συνδυάζοντας υψηλής ποιότητας κρυστάλλους περοβσκίτη με έναν προσεκτικά σχεδιασμένο ανιχνευτή και εξελιγμένα ηλεκτρονικά συστήματα, καταφέραμε να πετύχουμε ρεκόρ ανάλυσης και απεικονιστικών δυνατοτήτων. Η δουλειά αυτή δείχνει τις πραγματικές δυνατότητες των περοβσκιτών στην ιατρική απεικόνιση.
Ο κ. Κανατζίδης, από την πλευρά του, τονίζει τον κοινωνικό αντίκτυπο:
Η ποιοτική πυρηνική ιατρική δεν πρέπει να αποτελεί προνόμιο μόνο για τα νοσοκομεία με τα πιο ακριβά μηχανήματα. Με τους κρυστάλλους περοβσκίτη μπορούμε να ανοίξουμε τον δρόμο για πιο καθαρές, γρήγορες και ασφαλείς εξετάσεις σε πολύ περισσότερους ασθενείς.
Μια νέα εποχή στην ιατρική διάγνωση
Η εξέλιξη αυτή δεν αφορά μόνο μια βελτίωση στην ποιότητα εικόνας. Στην πραγματικότητα, μπορεί να αλλάξει ριζικά την πρόσβαση στις διαγνωστικές εξετάσεις, μειώνοντας δραστικά το κόστος και βελτιώνοντας την ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Από την έρευνα που ξεκίνησε με την ηλιακή ενέργεια, οι κρύσταλλοι περοβσκίτη βρίσκουν πλέον θέση σε μια από τις πιο κρίσιμες εφαρμογές για την ανθρώπινη υγεία.
[via]
