يمكن أن ترى “كاميرا Perovskite” الأولى في العالم داخل جسم الإنسان

يهدف كاشف جديد إلى تقليل التكاليف مع تحسين جودة الطب النووي.

يستخدم الأطباء تقنيات الطب النووي مثل فحص SPECT لمراقبة كيفية مضخات القلب ، وتتبع أنماط تدفق الدم ، وتحديد الأمراض التي يتم إخفاؤها بعمق داخل الجسم. ومع ذلك ، فإن الماسحات الضوئية الحالية تعتمد على أجهزة الكشف التي تكون مكلفة ويصعب تصنيعها.

باحثون من جامعة نورث وسترن وقد طورت جامعة Soochow في الصين الآن أول كاشف مقرها في Perovskite قادر على التقاط أشعة غاما الفردية بدقة استثنائية للتصوير SPECT. هذا الابتكار لديه القدرة على جعل طرق التصوير النووي المستخدمة على نطاق واسع أكثر دقة وفعالية وبأسعار معقولة وآمنة.

بالنسبة للمرضى ، يمكن أن تشمل الفوائد جلسات مسح أقصر ، وصور تشخيصية أوضح ، وانخفاض التعرض للإشعاع.

تم نشر الدراسة مؤخرًا في المجلة اتصالات الطبيعة.

وقال ميرقوري كاناتزيديس من نورث وسترن ، المؤلف الكبير للدراسة: “إن بيروفسكيت هي عائلة من البلورات المعروفة بتحويل مجال الطاقة الشمسية”. “الآن ، يستعدون لفعل الشيء نفسه بالنسبة للطب النووي. هذا هو أول دليل واضح على أن أجهزة الكشف عن Perovskite يمكنها إنتاج نوع من الصور الحادة والموثوقة التي يحتاجها الأطباء لتوفير أفضل رعاية لمرضاهم.”

وقال المؤلف المشارك Yihui ، وهو أستاذ بجامعة Soochow: “لا يحسن مقاربتنا أداء الكاشفات فحسب ، بل قد يؤدي أيضًا إلى خفض التكاليف”. “هذا يعني أن المزيد من المستشفيات والعيادات يمكن أن تمكن في النهاية من الوصول إلى أفضل تقنيات التصوير.”

Kanatzidis هو أستاذ Charles E. و Emma H. ​​Morrison للكيمياء في كلية Weinberg للفنون والعلوم في Northwestern وكبير عالمين في مختبر Argonne الوطني. Yihui هو زميل سابق بعد الدكتوراه من مختبر Kanatzidis.

لماذا تقصر الكاشفات الحالية

تقنيات الطب النووي مثل التصوير المقطعي الحوسبة في انبعاث الفوتون) مثل الكاميرا غير المرئية. يقدم الطبيب راديوريكر صغير وآمن وقصيرة العمر في منطقة مستهدفة لجسم المريض. يطلق هذا التتبع أشعة جاما ، التي تنتقل عبر الأنسجة ثم يتم التقاطها بواسطة كاشف خارج الجسم. يعمل كل أشعة جاما مثل بكسل من الضوء ، وعندما يتم تسجيل ملايين هذه البكسلات ، تقوم أجهزة الكمبيوتر بتجميعها في صورة ثلاثية الأبعاد لنشاط الأعضاء.

عادةً ما يتم تصنيع أجهزة الكشف الحالية من Telluride زنك الكادميوم (CZT) أو يوديد الصوديوم (NAI) ، ولكن كلا الخيارين يأتي مع عيوب. أجهزة الكشف عن CZT مكلفة للغاية ، وتتراوح في كثير من الأحيان من مئات الآلاف إلى ملايين الدولارات لكل كاميرا ، والبلورات هشة ، مما يجعل من الصعب إنتاجها. تكون أجهزة الكشف عن NAI أقل تكلفة ولكنها أكبر ، وهي تولد صورًا أقل دقة ، على غرار النظر من خلال نافذة ضبابية.

لمواجهة هذه التحديات ، تحول فريق البحث إلى بلورات Perovskite ، التي يدرسها Kanatzidis لأكثر من عشر سنوات. في عام 2012 ، أنشأت مجموعته أول خلايا شمسية للفيلم الصلبة باستخدام Perovskites. بحلول عام 2013 ، أظهر أن بلورات Perovskite الفردية يمكن أن تكتشف بشكل فعال الأشعة السينية وأشعة جاما. هذا التقدم ، أصبح ممكنًا من خلال قدرة فريقه على نمو بلورات عالية الجودة ، مما أدى إلى موجة من الأبحاث الدولية وساعد في إنشاء مجال جديد يركز على مواد الكشف عن الإشعاع.

أداء التصوير السجل

وقال كاناتزيديس: “يوضح هذا العمل إلى أي مدى يمكننا دفع كاشفات بيروفسكايت إلى ما وراء المختبر”. “عندما اكتشفنا لأول مرة في عام 2013 أن بلورات بيروفسكيت الفردية يمكن أن تكتشف الأشعة السينية وأشعة جاما ، يمكننا فقط أن نتخيل إمكاناتها. الآن ، نوضح أن أجهزة الكشف المستندة إلى بيروفسكي يمكن أن تتوصل إلى الدقة والحساسية اللازمة للتطبيق تطبيقات مثل التصوير بالطب النووي. إنها مثيرة لرؤية هذه التكنولوجيا تقترب من تأثير العالم الحقيقي”.

بناءً على هذا الأساس ، قاد Kanatzidis وقاد النمو البلوري وهندسة السطح وتصميم الأجهزة للدراسة الجديدة. من خلال نمو هذه البلورات وتشكيلها بعناية ، قام الباحثون بإنشاء مستشعر بكسل-تمامًا مثل البكسلات في كاميرا الهاتف الذكي-يوفر الوضوح والاستقرار القياسي.

قام بتصميم وتطوير كاشف أشعة Gamma-Ray النموذجية ، وقد طور بنية بكاميرا البكسل ، وتحسين إلكترونيات القراءة متعددة القنوات ، وقام بإجراء تجارب التصوير عالية الدقة التي أكدت قدرات الجهاز. أظهر هو ، Kanatzidis ، وفريقهم أن أجهزة الكشف المستندة إلى Perovskite يمكنها تحقيق قرارات قياسية للطاقة وأداء التصوير غير المسبوق للتصوير أحادي الفوتون ، مما يمهد الطريق للتكامل العملي في أنظمة تصوير الطب النووي من الجيل التالي.

تأثير العالم الحقيقي والتسويق

وقال “إن تصميم كاميرا أشعة جاما وإظهار أدائها كان مجزيًا بشكل لا يصدق”. “من خلال الجمع بين بلورات بيروفسكايت عالية الجودة مع كاشف بكسل محسّن بعناية ونظام قراءة متعدد القنوات ، تمكنا من تحقيق إمكانات حل الطاقة وقدرات التصوير القياسية. يوضح هذا العمل الإمكانات الحقيقية للكشف عن الكشف المستند إلى Perovskite لتحويل التصوير بالطب النووي.”

في التجارب ، كان الكاشف قادرًا على التمييز بين أشعة غاما من طاقات مختلفة مع أفضل دقة تم الإبلاغ عنها حتى الآن. كما شعرت بالإشارات الخافتة للغاية من الراديوتري الطبية (Technetium-99m) شائعة الاستخدام في الممارسة السريرية والميزات المميزة بشكل لا يصدق ، مما ينتج عنه صور واضحة يمكن أن تفصل مصادر مشعة صغيرة متباعدة على بعد بضعة ملليمترات. ظل الكاشف أيضًا مستقرًا للغاية ، حيث جمع كل إشارة التتبع تقريبًا دون فقد أو تشويه. نظرًا لأن هذه الكشفات الجديدة أكثر حساسية ، فقد يتطلب المرضى أوقات فحص أقصر أو جرعات أصغر من الإشعاع.

تقوم شركة Actinia Inc. نظرًا لأنها أسهل في النمو واستخدام مكونات أبسط ، فإن Perovskites يوفر بديلاً أقل تكلفة بكثير للكشف عن CZT و NAI دون التضحية بالجودة. توفر أجهزة الكشف المستندة إلى Perovskite أيضًا طريقًا واقعيًا للتصوير باستخدام جرعة أقل من الراغب الراديوي مما يمكن استخدامه مع كاشف NAI ولكن بسعر يضمن الوصول إلى المريض على نطاق واسع.

وقال: “إن إثبات أن بيروفسكيت يمكن أن يقدم تصوير غاما أحادي الفوتون هو علامة فارقة”. “إنه يوضح أن هذه المواد جاهزة لتجاوز المختبر وإلى التقنيات التي تستفيد بشكل مباشر من صحة الإنسان. من هنا ، نرى فرصًا لتحسين أجهزة الكشف بشكل أكبر ، وزيادة الإنتاج ، واستكشاف اتجاهات جديدة تمامًا في التصوير الطبي.”

وقال كاناتزيديس: “لا ينبغي أن يقتصر الطب النووي عالي الجودة على المستشفيات التي يمكنها تحمل أغلى المعدات”. “مع بيروفسكيت ، يمكننا فتح الباب أمام فحوصات أكثر وضوحًا وأسرع وأكثر أمانًا للعديد من المرضى في جميع أنحاء العالم. الهدف النهائي هو فحوصات أفضل ، وتشخيصات أفضل ، ورعاية أفضل للمرضى.”

المرجع: “واحد فوتون γ-ray التصوير ذو طاقة عالية ودقة مكانية بيروفسكايت أشباه الموصلات للطب النووي “بقلم نانان شين ، Xuchang HE ، Tingting Gao ، Bao Xiao ، Yuquan Wang ، Ruohan Ren ، Haoming Qin ، Khasim Saheb Bayikadi ، Zhifu liu ، Ouyang ، Shuquan Wei ، Qiu Sun ، Xueping Liu ، Yifei Lai ، Xiaoping Ouyang ، Zhifang Chai ، Mercouri G. Kanatzidis و Yihui He ، 30 August 2025 ، اتصالات الطبيعة.
الثاني: 10.1038/s41467-025-63400-7

بدعم من وكالة الحد من التهديدات الدفاعية (رقم الجائزة HDTRA12020002) ، كونسورتيوم للتفاعل بين الإشعاع المؤين مع تحالف Matter University Research ، والبرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين (الجائزة رقم 2021YFF0502600) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم الجائزة U2267211) ومؤسسة Jiangu Natural Science (Number Number BK202222222220.

لا تفوت اختراقًا أبدًا: انضم إلى النشرة الإخبارية ScitechDaily.