Qué es CZT, el asombroso material que está generando una revolución tecnológica (y por qué es tan difícil de obtener)
Este nuevo escáner implica un cambio en la imagenología médica; si bien existe desde hace décadas, su fabricación es notoriamente difícil
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Estar acostado boca arriba dentro de un gran escáner de hospital lo más quieto posible, con los brazos por encima de la cabeza y durante 45 minutos no es lo más divertido. Eso es lo que tenían que hacer los pacientes del Royal Brompton Hospital de Londres durante determinadas exploraciones pulmonares, hasta que el hospital instaló el año pasado un nuevo dispositivo que redujo estos 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 conocido como CZT (las siglas en inglés del telururo de cadmio y zinc), que le permite a la máquina producir imágenes tridimensionales muy detalladas de los pulmones de los pacientes.
“Con este escáner se obtienen imágenes preciosas”, afirma la Dra. Kshama Wechalekar, jefa de medicina nuclear y PET (Tomografía por Emisión de Positrones), y añade: “Es una auténtica proeza de ingeniería y física”.
El CZT de la máquina, instalada en el hospital en agosto, fue fabricado por Kromek, una empresa británica, y una de las pocas del mundo que puede fabricarlo. Puede que nunca hayas oído hablar de él, pero -en palabras de Wechalekar- está provocando una “revolución” en la imagenología médica.
El maravilloso material tiene además muchos otros usos, como en telescopios de rayos X, detectores de radiación y escáneres de seguridad aeroportuaria. Y es cada vez más solicitado.
Las investigaciones sobre los pulmones de los pacientes realizadas por la Dra. Wechalekar y sus colegas implican buscar la presencia de muchos coágulos de sangre diminutos en personas con Covid prolongado, o un coágulo más grande conocido como embolia pulmonar, por ejemplo.
El escáner, que cuesta un millón de libras esterlinas (alrededor de US$1,4 millones), funciona detectando los rayos gamma emitidos por una sustancia radiactiva que se inyecta en el cuerpo de los pacientes. Pero la sensibilidad del escáner significa que se necesita menos cantidad de esta sustancia que antes. “Podemos reducir las dosis en aproximadamente un 30%”, afirma la doctora.
Gran demanda, poca oferta
Si bien los escáneres basados en CZT no son nuevos en general, los escáneres de cuerpo entero de gran tamaño como este son una innovación relativamente reciente. El CZT existe desde hace décadas, pero su fabricación es notoriamente difícil.
“Lleva mucho tiempo desarrollarlo para que sea un proceso de producción a escala industrial”, afirma Arnab Basu, director ejecutivo fundador de Kromek. En las instalaciones de la empresa en Sedgefield, Inglaterra, hay 170 hornos pequeños en una habitación que el Dr. Basu describe como “similar a una granja de servidores”.
En estos hornos se calienta un polvo especial, se funde y luego se solidifica formando una estructura monocristalina. Todo el proceso toma semanas. “Átomo a átomo, los cristales se reorganizan […] hasta que quedan completamente alineados”, explica Basu.
El CZT recién formado, un semiconductor, puede detectar diminutas 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 y sensible a la luz que se encuentra en la cámara de tu teléfono inteligente.
Cada vez que un fotón de alta energía incide en el CZT, moviliza un electrón y esta señal eléctrica puede utilizarse para generar una imagen. La tecnología de escáner anterior utilizaba un proceso de dos pasos, que no era tan preciso. “Es digital”, precisa Basu.
“Es un solo paso de conversión. Conserva toda la información importante, como la sincronización y la energía de los rayos X que inciden en el detector CZT; se pueden crear imágenes en color o espectroscópicas”, añade.
Añade que los escáneres basados en CZT se utilizan actualmente para la detección de explosivos en aeropuertos de Reino Unido y para escanear el equipaje facturado en algunos aeropuertos estadounidenses: “Esperamos que CZT se incorpore al segmento del equipaje de mano en los próximos años”.
El material elegido
Pero no siempre es fácil conseguir CZT. Henric Krawczynski, de la Universidad de Washington en San Luis (EE.UU.), ya utilizó el material anteriormente en telescopios espaciales atados a globos de gran altitud.
Esos detectores pueden captar rayos X emitidos tanto por estrellas de neutrones como por plasma alrededor de agujeros negros.
El profesor Krawczynski necesita piezas muy delgadas de CZT, de 0,8 mm, para sus telescopios, ya que esto ayuda a reducir la cantidad de radiación de fondo que captan, lo que permite una señal más clara. “Nos gustaría comprar 17 detectores nuevos”, afirma y lamenta: “Es realmente difícil conseguirlos delgados”.
Kromek no lo pudo ayudar pues, según Basu, su empresa tiene una gran demanda actualmente. “Apoyamos a muchísimas organizaciones de investigación”, añade, “nos resulta muy difícil hacer cien cosas diferentes. Cada proyecto de investigación requiere un tipo de estructura de detector muy particular”.
Para Krawczynski, no es una crisis: dice que podría utilizar CZT que tiene de investigaciones anteriores o telururo de cadmio, una alternativa, para su próxima misión. Sin embargo, hay problemas más graves en este momento.
La próxima misión debía partir desde la Antártida en diciembre, pero “todas las fechas están cambiando”, dice Krawczynski, debido al cierre del gobierno estadounidense de noviembre. Muchos otros científicos utilizan CZT.
En Reino Unido, una importante modernización del centro de investigación Diamond Light Source (Fuente de Luz de Diamante) en Oxfordshire mejorará sus capacidades gracias a la instalación de detectores basados en CZT.
Diamond Light Source es un sincrotrón que dispara electrones alrededor de un anillo gigante a una velocidad cercana a la de la luz. Los imanes hacen que estos electrones, al pasar zumbando, pierdan energía en forma de rayos X, y son dirigidos desde el anillo en líneas de luz para, por ejemplo, analizar materiales.
Algunos experimentos recientes implicaron el análisis de impurezas en el aluminio durante su fusión. Comprender mejor estas impurezas podría ayudar a mejorar las formas recicladas del metal.
Con la actualización de Diamond Light Source, cuya finalización está prevista para 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 en mejorar estas instalaciones si no se puede detectar la luz que producen”, dice Matt Veale, líder del grupo de desarrollo de detectores en el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas, una parte interesada en Diamond Light Source. Por eso, también aquí el CZT es el material elegido.
Por Chris Baraniuk
Por BBC Mundo
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