Представьте, что вы лежите в компьютерном томографе 45 минут, не двигая руками над головой. Это неприятно, не так ли? Это то, что делали пациенты лондонской Королевской больницы Бромптон, пока в прошлом году там не было установлено новое устройство, которое сократило время процедуры до 15 минут.
Этот результат стал возможным не только благодаря современной обработке изображений, но и благодаря уникальному материалу — сплаву теллурида кадмия и теллурида цинка (CZT). Это позволяет создавать трехмерные, высокодетализированные изображения легких пациентов.
Вы получаете отличные изображения, — говорит доктор Кшама Вечалекар, заведующий отделением ПЭТ/КТ—диагностики. — Это удивительное достижение инженерии и физики .
- Geminids 2025 – самая яркая звезда года
Материал, меняющий медицину
CZT, установленный в больнице в августе прошлого года, производит британская компания Kromek — автор Вечалекар.
Фото предоставлено Фондом Национальной службы здравоохранения Гая и Сент—Томаса
Как изготавливается CZT
Сам материал известен на протяжении десятилетий, но его чрезвычайно сложно производить.
«Наладка промышленного производства заняла много времени», — объясняет Арнаб Басу, генеральный директор Kromek.
На фабрике в Седжфилде есть 170 небольших печей, а также сама лаборатория, по словам Басу, это напоминает «ферму серверов».
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
Этот материал сейчас 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 Хенрик Кравчински 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.
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.