‘Es asombroso’: material asombroso que pocas personas pueden hacer

Acuéstese boca arriba en un escáner de hospital grande, lo más quieto posible, con las manos por encima de la cabeza: 45 minutos. No parece muy divertido.

Eso es lo que los pacientes del Hospital Royal Brompton de Londres tenían que hacer durante ciertas exploraciones pulmonares hasta que el hospital instaló un nuevo dispositivo el año pasado que redujo los exámenes a sólo 15 minutos.

Esto se debe en parte a la tecnología de procesamiento de imágenes del escáner, pero también a un material especial llamado telururo de cadmio y zinc (CZT), que permite a la máquina crear imágenes tridimensionales muy detalladas de los pulmones de los pacientes.

“Con este escáner se obtienen bellas imágenes”, afirma el Dr. Kshama Vechalekar. “Es una hazaña asombrosa de la ingeniería y la física”.

El CZT de la máquina, que se instaló en el hospital el pasado mes de agosto, fue fabricado por la empresa británica Chromec. Chromec es una de las pocas empresas del mundo que puede fabricar CZT. Quizás nunca haya oído hablar de esto, pero, en palabras del Dr. Vechlekar, está permitiendo una “revolución” en la imagen médica.

Este asombroso material tiene muchos otros usos, como telescopios de rayos X, detectores de radiación y escáneres de seguridad de aeropuertos. Y cada vez se descubre más.

El examen del Dr. Vechlekar y sus colegas de los pulmones de los pacientes encontró que las personas con covid prolongado tenían múltiples coágulos de sangre pequeños o coágulos más grandes, lo que se conoce como embolia pulmonar.

El escáner de un millón de libras funciona detectando rayos gamma emitidos por material radiactivo inyectado en el cuerpo de los pacientes.

Pero la sensibilidad del escáner significa que la sustancia se necesita menos que antes: “Podemos reducir la dosis en aproximadamente un 30%”, afirma el Dr. Wechlekar. Si bien los escáneres basados ​​en CZT no son nuevos en general, los escáneres grandes de cuerpo completo como estos son una innovación relativamente reciente.

El propio CZT existe desde hace décadas, pero es notoriamente difícil de fabricar. “Ha sido necesario mucho tiempo para evolucionar hacia un proceso de fabricación a escala industrial”, afirma Arnab Basu, fundador y director ejecutivo de Chromec.

En las instalaciones de la empresa en Sedgefield, hay 170 pequeños hornos en una habitación que el Dr. Basu describe como “como una granja de servidores”.

En estos hornos se calienta, funde y luego solidifica un polvo especial en una estructura monocristalina. Todo el proceso lleva semanas. “Átomo a átomo, los cristales se reorganizan (…) de modo que todos se alinean”, afirma el Dr. Basu.

El recién creado CZT, un semiconductor, puede detectar pequeñas partículas de fotones en rayos X y rayos gamma con una precisión increíble, como una versión de alta especificación del sensor de imagen basado en silicio y sensor de luz de la cámara de su teléfono inteligente.

Cada vez que un fotón de alta energía golpea el CZT, excita un electrón y esta señal eléctrica se puede utilizar para crear una imagen. La tecnología de escáner anterior utilizaba un proceso de dos pasos, que no era tan preciso.

“Es digital”, dice el Dr. Basu. “Es un único paso de conversión. Conserva toda la información importante, como la hora, la energía de los rayos X que inciden en el detector CZT; se puede crear una imagen en color o espectroscópica”.

Añadió que actualmente se utilizan escáneres basados ​​en CZT en aeropuertos del Reino Unido para detectar explosivos y en algunos aeropuertos de EE. UU. para escanear el equipaje facturado. “Esperamos que CZT entre en el segmento del equipaje de mano en los próximos (pocos) años”.

Pero conseguir CZT no siempre es fácil.

Henryk Krawczynski, de la Universidad de Washington en St. Louis, EE.UU., ya había utilizado este material anteriormente. En un telescopio espacial Adjunto a globos de gran altitud. Estos detectores pueden captar rayos X emitidos tanto por estrellas de neutrones como por plasma alrededor de agujeros negros.

El profesor Krawczynski quería los cortes CZT ultrafinos de 0,8 mm para su telescopio porque ayudan a reducir la cantidad de radiación de fondo, lo que permite señales más claras. “Queremos comprar 17 detectores nuevos”, afirma. “Es realmente difícil adelgazar tanto”.

No pudo conseguir CZT de Cromech. El Dr. Basu dice que su empresa tiene una gran demanda en este momento. “Apoyamos a muchísimos institutos de investigación”, añade, “y nos resulta muy difícil hacer cien cosas diferentes. Cada (proyecto) de investigación requiere un tipo específico de estructura de detector”.

Para el profesor Krawczynski esto no es una crisis: dice que puede utilizar el CZT de investigaciones anteriores o el telururo de cadmio alternativo para su próxima misión.

Sin embargo, en este momento hay un gran dolor de cabeza. La próxima misión debía despegar de la Antártida en diciembre, pero “todas las fechas cambian”, dice el profesor Krawczynski. Cierre del gobierno de EE. UU..

Muchos otros científicos utilizan CZT. En el Reino Unido, una importante Actualización de la fuente de luz de diamante Un centro de investigación en Oxfordshire, valorado en 500 millones de libras, mejorará sus capacidades con la instalación de un detector basado en CZT.

Una fuente de luz de diamante es un sincrotrón, que dispara electrones a la velocidad de la luz alrededor de un anillo gigante. Los imanes reducen parte de la energía de estos electrones en forma de rayos X y los dirigen fuera del anillo en líneas de luz para que puedan usarse, por ejemplo, para analizar materiales.

Algunos experimentos recientes implican probar el aluminio en busca de impurezas mientras lo funde. Una mejor comprensión de esas impurezas puede ayudar a mejorar la naturaleza reciclada del metal.

Con una actualización de la fuente de luz Diamond, que se completará en 2030, los rayos X producidos serán significativamente más brillantes, lo que significa que los sensores existentes no podrán detectarlos correctamente.

“No tiene sentido gastar tanto dinero en mejorar estas instalaciones si no se puede detectar la luz que producen”, dice Matt Weil, líder del grupo para el desarrollo de detectores en el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología, propietario mayoritario de Diamond Light Source.

Por eso también en este caso el CZT es el material elegido.