Yeni kristal kamera, doktorların vücudun içini daha önce hiç olmadığı gibi görmelerini sağlıyor

Yeni dedektör nükleer tıpta maliyeti düşürüp kaliteyi artırmayı vaat ediyor.

Tarih:: 21 Eylül 2025

Kaynak:: Northwestern Üniversitesi

Özet:

Bilim insanları, geleneksel nükleer tıp görüntüleme teknolojisini geride bırakan perovskit tabanlı bir gama ışını dedektörü geliştirdiler. Cihaz, maliyetinin çok daha azıyla daha keskin, daha hızlı ve daha güvenli taramalar sunuyor. Kristal mühendisliğini pikselli sensör tasarımıyla birleştirerek rekor görüntü çözünürlüğüne ulaşıyor. Artık ticari olarak piyasaya sürülen cihaz, dünya çapında yüksek kaliteli tanıya erişimi genişletmeyi vaat ediyor.

Yeni bir perovskit gama ışını dedektörü, eşsiz netliği ve düşük maliyetleriyle nükleer tıp görüntülemesinde devrim yaratmaya hazırlanıyor. Tarama sürelerini kısaltabilir, radyasyon dozlarını azaltabilir ve gelişmiş teşhisleri daha erişilebilir hale getirebilir. Kaynak: Shutterstock

Doktorlar, kalbin pompalamasını izlemek, kan akışını takip etmek ve vücudun derinliklerinde gizli hastalıkları tespit etmek için SPECT taramaları gibi nükleer tıp taramalarına güvenirler. Ancak günümüzün tarayıcıları, yapımı zor olan pahalı dedektörlere bağımlıdır.

Çin'deki Northwestern Üniversitesi ve Soochow Üniversitesi liderliğindeki bilim insanları, rekor kıran bir hassasiyetle SPECT görüntüleme için gama ışınlarını tek tek yakalayabilen ilk perovskit tabanlı dedektörü geliştirdiler. Yeni araç, yaygın nükleer tıp görüntüleme türlerini daha keskin, daha hızlı, daha ucuz ve daha güvenli hale getirebilir.

Hastalar için bu, daha kısa tarama süreleri, daha net sonuçlar ve daha düşük radyasyon dozları anlamına gelebilir.

Çalışma 30 Ağustos'ta Nature Communications dergisinde yayımlandı .

Çalışmanın kıdemli yazarı Northwestern Üniversitesi'nden Mercouri Kanatzidis, "Perovskitler, güneş enerjisi alanını dönüştürmeleriyle bilinen bir kristal ailesidir," dedi. "Şimdi, aynısını nükleer tıp için de yapmaya hazırlar. Bu, perovskit dedektörlerinin, doktorların hastalarına en iyi bakımı sağlamak için ihtiyaç duydukları türden keskin ve güvenilir görüntüler üretebileceğinin ilk açık kanıtı."

"Yaklaşımımız yalnızca dedektörlerin performansını artırmakla kalmıyor, aynı zamanda maliyetleri de düşürebilir," diyor Soochow Üniversitesi'nde profesör ve eş yazar Yihui He. "Bu, daha fazla hastane ve kliniğin en iyi görüntüleme teknolojilerine erişebileceği anlamına geliyor."

Kanatzidis, Northwestern Üniversitesi Weinberg Sanat ve Bilim Koleji'nde Charles E. ve Emma H. ​​Morrison Kimya Profesörü ve Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda kıdemli bilim insanıdır. Yihui He, Kanatzidis'in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışmıştır.

Nükleer tıp, SPECT (tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi) görüntüleme gibi, görünmez bir kamera gibi çalışır. Doktorlar, hastanın vücudunun belirli bir bölgesine küçük, güvenli ve kısa ömürlü bir radyoaktif izleyici yerleştirir. İzleyici, dokulardan geçerek vücudun dışındaki bir dedektöre çarpan gama ışınları yayar. Her gama ışını bir ışık pikseli gibidir. Milyonlarca piksel toplandıktan sonra, bilgisayarlar çalışan organların 3B görüntüsünü oluşturabilir.

Kadmiyum çinko tellür (CZT) veya sodyum iyodürden (NaI) üretilen günümüz dedektörlerinin birçok dezavantajı vardır. CZT dedektörleri inanılmaz derecede pahalıdır ve bazen bir kameranın tamamı için yüz binlerce ila milyonlarca dolar arasında değişen fiyatlara ulaşabilirler. CZT kristalleri kırılgan ve çatlamaya meyilli olduğundan, bu dedektörlerin üretimi de zordur. CZT dedektörlerinden daha ucuz olsalar da, NaI dedektörleri hacimlidir ve sisli bir pencereden fotoğraf çekmek gibi bulanık görüntüler üretirler.

Bu sorunların üstesinden gelmek için bilim insanları, Kanatzidis'in on yılı aşkın süredir üzerinde çalıştığı bir malzeme olan perovskit kristallerine yöneldi. 2012 yılında, grubu perovskitlerden yapılmış ilk katı film güneş hücrelerini üretti. Ardından, 2013 yılında Kanatzidis, tek perovskit kristallerinin X-ışınları ve gama ışınlarını tespit etmede oldukça umut verici olduğunu keşfetti. Grubunun yüksek kaliteli tek kristaller geliştirmesiyle mümkün olan bu atılım, dünya çapında bir araştırma dalgasına yol açtı ve sert radyasyon tespit malzemelerinde yeni bir alanın başlamasını sağladı.

Kanatzidis, "Bu çalışma, perovskit dedektörlerini laboratuvar sınırlarının ötesine ne kadar taşıyabileceğimizi gösteriyor," dedi. "2013 yılında perovskit tek kristallerinin X-ışınlarını ve gama ışınlarını tespit edebildiğini ilk keşfettiğimizde, potansiyellerini ancak hayal edebiliyorduk. Şimdi ise, perovskit tabanlı dedektörlerin nükleer tıp görüntüleme gibi zorlu uygulamalar için gereken çözünürlüğü ve hassasiyeti sağlayabileceğini gösteriyoruz. Bu teknolojinin gerçek dünyada etkili olmaya yaklaştığını görmek heyecan verici."

Kanatzidis ve He, bu temel üzerine inşa ettikleri yeni çalışma için kristal büyütme, yüzey mühendisliği ve cihaz tasarımı süreçlerine liderlik ettiler. Araştırmacılar, bu kristalleri dikkatlice büyütüp şekillendirerek, tıpkı bir akıllı telefon kamerasındaki pikseller gibi, rekor kıran netlik ve kararlılık sunan pikselli bir sensör yarattılar.

Prototip gama ışını dedektörünün tasarım ve geliştirmesine liderlik eden He, kameranın pikselli mimarisini geliştirdi, çok kanallı okuma elektroniklerini optimize etti ve cihazın yeteneklerini doğrulayan yüksek çözünürlüklü görüntüleme deneylerini gerçekleştirdi. He, Kanatzidis ve ekibi, perovskit bazlı dedektörlerin rekor enerji çözünürlüklerine ve benzeri görülmemiş tek foton görüntüleme performansına ulaşabileceğini göstererek, yeni nesil nükleer tıp görüntüleme sistemlerine pratik entegrasyonun önünü açtı.

"Bu gama ışını kamerasını tasarlamak ve performansını göstermek inanılmaz derecede ödüllendiriciydi," dedi. "Yüksek kaliteli perovskit kristallerini, özenle optimize edilmiş pikselli bir dedektör ve çok kanallı okuma sistemiyle birleştirerek rekor kıran enerji çözünürlüğü ve görüntüleme yetenekleri elde edebildik. Bu çalışma, perovskit tabanlı dedektörlerin nükleer tıp görüntülemesini dönüştürmedeki gerçek potansiyelini gösteriyor."

Deneylerde, dedektör farklı enerjilerdeki gama ışınlarını bugüne kadar bildirilen en iyi çözünürlükle ayırt edebildi. Ayrıca, klinik uygulamada yaygın olarak kullanılan bir tıbbi radyoizleyiciden (teknetyum-99m) gelen son derece zayıf sinyalleri algıladı ve inanılmaz derecede ince ayrıntıları ayırt ederek, yalnızca birkaç milimetre aralıklı küçük radyoaktif kaynakları ayırabilen net görüntüler üretti. Dedektör ayrıca, izleyicinin neredeyse tüm sinyalini kayıp veya bozulma olmadan toplayarak oldukça kararlı kaldı. Bu yeni dedektörler daha hassas olduğundan, hastalar potansiyel olarak daha kısa tarama sürelerine veya daha düşük radyasyon dozlarına ihtiyaç duyabilir.

Northwestern yan kuruluşu Actinia Inc., bu teknolojiyi ticarileştiriyor ve tıbbi cihaz alanındaki ortaklarıyla birlikte laboratuvarlardan çıkarıp hastanelere taşıyor. Perovskitler, daha kolay yetiştirildikleri ve daha basit bileşenler kullandıkları için kaliteden ödün vermeden CZT ve NaI dedektörlerine göre çok daha uygun fiyatlı bir alternatif sunuyor. Perovskit bazlı dedektörler ayrıca, NaI dedektörüyle kullanılabilenden daha düşük dozda radyoaktif izleyici kullanarak gerçekçi bir görüntüleme yolu sunuyor, ancak fiyatı da hastaların yaygın erişimini sağlıyor.

"Perovskitlerin tek fotonlu gama ışını görüntülemesi sağlayabildiğini göstermek bir dönüm noktası," dedi. "Bu, bu malzemelerin laboratuvarların ötesine geçip insan sağlığına doğrudan fayda sağlayan teknolojilere geçmeye hazır olduğunu gösteriyor. Buradan, dedektörleri daha da geliştirme, üretimi artırma ve tıbbi görüntülemede yepyeni yönler keşfetme fırsatları görüyoruz."

Kanatzidis, "Yüksek kaliteli nükleer tıp, en pahalı ekipmanları karşılayabilen hastanelerle sınırlı olmamalı," dedi. "Perovskitlerle, dünya çapında çok daha fazla hasta için daha net, daha hızlı ve daha güvenli taramaların kapısını açabiliriz. Nihai hedef, daha iyi taramalar, daha iyi teşhisler ve hastalar için daha iyi bakımdır."

"Nükleer tıpta yüksek enerjili ve uzaysal çözünürlüklü perovskit yarı iletken ile tek foton γ-ışını görüntüleme" başlıklı çalışma, Savunma Tehdit Azaltma Ajansı (ödül numarası HDTRA12020002), İyonlaştırıcı Radyasyonun Madde ile Etkileşimi Konsorsiyumu Üniversite Araştırma İttifakı, Çin Ulusal Temel Ar-Ge Programı (ödül numarası 2021YFF0502600), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (ödül numarası U2267211) ve Jiangsu Doğa Bilimleri Vakfı (ödül numarası BK20240822) tarafından desteklenmiştir.

Hikaye Kaynağı:

Northwestern Üniversitesi tarafından sağlanan materyaller . Not: İçerik, stil ve uzunluk açısından düzenlenebilir.

Dergi Referansı :

1. Nannan Shen, Xuchang He, Tingting Gao, Bao Xiao, Yuquan Wang, Ruohan Ren, Haoming Qin, Khasim Saheb Bayikadi, Zhifu Liu, JA Peters, Bruce W. Wessels, Luyao Wang, Xiao Ouyang, Shuquan Wei, Qihao Sun, Xueping Liu, Yifei Lai, Xiaoping Ouyang, Zhifang Chai, Mercouri G. Kanatzidis, Yihui He. Nükleer tıp için yüksek enerjili ve uzaysal çözünürlüklü perovskit yarı iletkenli tek foton γ-ışını görüntüleme Doğa İletişimi , 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-63400-7