‘Es asombroso’: las cosas mágicas que muy pocos pueden hacer

Acuéstese boca arriba en un escáner de hospital grande, lo más que pueda, 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 algunas exploraciones pulmonares, hasta que el año pasado el hospital instaló un nuevo dispositivo que reduce las pruebas 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 imágenes hermosas”, dice el Dr. Kshama Vechalekar, jefe de medicina nuclear y PET. “Es una hazaña asombrosa de la ingeniería y la física”.

El CZT de la máquina instalada 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 hayas oído hablar de estas cosas pero, en palabras del Dr. Vechalekar, está iniciando una “revolución” en las imágenes médicas.

Este maravilloso material tiene muchos otros usos en telescopios de rayos X, detectores de radiación y escáneres de seguridad de aeropuertos. Y es muy buscado.

Los estudios pulmonares de pacientes realizados por la Dra. Vechalekar y sus colegas incluyen coágulos de sangre muy pequeños en personas con covid crónico o un coágulo grande conocido como embolia pulmonar.

El escáner de un millón de libras funciona detectando rayos gamma emitidos por una sustancia radiactiva inyectada en el cuerpo de los pacientes.

Pero la sensibilidad del escáner significa que se necesita menos sustancia que antes: “Podemos reducir las dosis en un 30%”, afirma el Dr. Vechalekar. Aunque los escáneres basados ​​en CZT no son nuevos en general, los escáneres grandes de cuerpo entero son una innovación relativamente reciente.

El CZT también existe desde hace décadas, pero es notoriamente difícil de fabricar. “Llevó mucho tiempo desarrollar un proceso de producción a escala industrial”, afirma Arnab Basu, director ejecutivo fundador 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 formado CZT, un semiconductor, puede detectar pequeñas partículas de fotones en rayos X y rayos gamma con una precisión increíble, como una versión altamente especializada del sensor de imagen basado en silicio sensible a la luz en la cámara de su teléfono inteligente.

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

“Es digital”, dice el Dr. Basu. “Es un único paso de conversión. Contiene toda la información importante, como la hora, la energía de los rayos X que inciden en el detector CZT; se pueden crear imágenes en color o espectroscópicas”.

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

Pero conseguir CZT no siempre es fácil.

El material fue utilizado anteriormente por Henryk Krawczynski en la Universidad de Washington en St Louis, EE. UU. En telescopios espaciales Adjunto a globos de gran altura. Estos detectores pueden captar rayos X emitidos tanto por estrellas de neutrones como por plasma alrededor de agujeros negros.

El profesor Krawczynski quiere piezas muy delgadas de CZT de 0,8 mm para sus telescopios porque ayuda a reducir la cantidad de radiación de fondo que absorben, lo que permite una señal más clara. “Queremos comprar 17 detectores nuevos”, dijo. “Es difícil conseguir estos delgados”.

No pudo conseguir CZT de Cromek. El Dr. Basu dijo que su organización tiene actualmente una gran demanda. “Apoyamos a muchas, muchas organizaciones de investigación”, añadió, “y es difícil para nosotros hacer cien cosas diferentes. Cada (proyecto) de investigación requiere una estructura de detector única”.

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

Sin embargo, por ahora existen grandes dolores de cabeza. Esa próxima misión volará desde la Antártida en diciembre, pero “todas las fechas cambian”, dijo el profesor Krazynski. 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, que cuesta 500 millones de libras, mejorará sus capacidades instalando detectores basados ​​en CZT.

Una fuente de luz de diamante es un sincrotrón que dispara electrones alrededor de un anillo gigante casi a la velocidad de la luz. Los imanes hacen que estos electrones que zumban pierdan algo de energía en forma de rayos X, y estos se desvían de un anillo de líneas de luz para que puedan usarse para analizar materiales, por ejemplo.

Algunos experimentos recientes han analizado las impurezas del aluminio a medida que se funde. Una mejor comprensión de esas impurezas puede ayudar a mejorar las formas recicladas 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 todo este dinero para mejorar estas instalaciones si no se puede detectar la luz que producen”, dijo Matt Weil, líder del grupo de 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.