ستعمل التكنولوجيا التي طورها الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتخنيون على تحسين كفاءة أجهزة الأشعة السينية وأنظمة التصوير المقطعي وسرعة عملها. شارك البروفيسور أدو كامينر، رئيس مختبر AdQuanta، في الدراسة المنشورة في مجلة Science
من المتوقع أن تؤدي التكنولوجيا التي طورها باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتخنيون إلى تحقيق قفزة للأمام في كفاءة أجهزة الأشعة السينية وأنظمة الأشعة المقطعية وفي سرعة عملها. شارك البروفيسور أدو كامينر، رئيس مختبر AdQuanta، في الدراسة المنشورة في مجلة Science لروبرت وروث ماجد.
أحدث اكتشاف الأشعة السينية عام 1895 تغيراً جذرياً في عالم الطب. أدى اختراع ويليام رونتجن إلى استخدام الأشعة السينية، والتي تسمى أيضًا الأشعة السينية، في رسم خرائط الأنسجة الداخلية لجسم الإنسان. على الرغم من أن الأشعة السينية تستخدم بشكل رئيسي لرسم خريطة لحالة الأسنان والعظام، إلا أنها اليوم تستخدم لأغراض أخرى، بما في ذلك الكشف عن تمزقات العضلات وتصوير الثدي بالأشعة السينية، فضلا عن الاستخدامات غير الطبية مثل اختبار جودة مختلف المكونات الصناعية.
إن تقنية التصوير المقطعي المحوسب، التي تم اختراعها فقط في عام 1972 - أي بعد قرن تقريبًا من أول جهاز للأشعة السينية - تستخدم نفس الإشعاع بشكل أكثر تطورًا؛ ومن خلال تحرير العديد من الصور الفوتوغرافية من زوايا مختلفة، وتحليلها بالكمبيوتر، فإنه يوفر صورة ثلاثية الأبعاد معقدة للمنطقة الممسوحة ضوئيًا. في التطبيقات الطبية للأشعة السينية والأشعة المقطعية، يتم إطلاق الأشعة السينية على جسم الشخص ويتم التقاطها على الجانب الآخر بواسطة كاشفات تسمى أجهزة الوميض ("البريق" بالعبرية). تلتقط هذه الكواشف فوتونات الأشعة السينية عالية الطاقة وتحولها إلى فوتونات "طبيعية" - إشعاع ضوئي في الطيف المرئي. ويضرب هذا الإشعاع لوحة فوتوغرافية، وهكذا يتم الحصول على الصورة السريرية لداخل الجسم. تُستخدم عملية مماثلة أيضًا في البحث العلمي (في المجهر الإلكتروني) وفي البصريات (أنظمة الرؤية الليلية، على سبيل المثال). واحدة من الاختناقات في عملية التلألؤ هي أقلية الفوتونات التي تنبعث منها وميضات نتيجة تشتتها إلى جميع الزوايا (يسمى الانبعاث المتناحي). وبسبب هذه الظاهرة، فإن جزءًا كبيرًا من هذه الفوتونات لا يصل إلى لوحة التصوير الفوتوغرافي والنتيجة هي دقة منخفضة نسبيًا للصورة الناتجة. من حيث المبدأ، يمكن التستر على ذلك عن طريق زيادة إشعاع الأشعة السينية بشكل كبير، ولكن من المعتاد تجنب ذلك لأسباب واضحة - فالإشعاع القوي يشكل خطورة على الخلايا البشرية، وهو خطير بشكل خاص على الأطفال والأشخاص الذين يخضعون لهذه الأشعة مسألة روتينية.
حتى الآن، تركزت الجهود الرئيسية لتحسين أجهزة الوميض على محاولة تصنيع أجهزة وامضة من مواد جديدة، وهو تحدٍ لا يزال التقدم فيه قليلًا ومتباعدًا. اتخذت مجموعة البحث من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتخنيون نهجا مختلفا: بدلا من تطوير مواد وميض جديدة، قاموا بتغيير سطح المواد الموجودة بطريقة تعمل على تحسين كفاءتها. ويقدر الباحثون في المقال أنه تحسن بمقدار 10 أضعاف في هذا القرار، لكن من الممكن أن يكون هذا تقديرا أقل من الواقع والتحسن الفعلي أقرب إلى 100 ضعف.
مصدر الإلهام لفكرة التحسين التكنولوجي المذكورة أعلاه جاء من يانيف كورمان، طالب الدكتوراه في كلية فيتربي للهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر والذي يجري بحث الدكتوراه تحت إشراف البروفيسور أدو كامينر. في مقال نشر في صيف 2020 فياستعراض للحروف البدنية (انظر التغطية الإضافية فيالفيزياء اليوم) قدم الاثنان نهجا جديدا في الكشف عن إشعاع الأشعة السينية - من خلال تحسين الوامضات من المواد الموجودة عن طريق معالجة المواد على مقياس النانومتر، والذي تم تكييفه خصيصا مع الطول الموجي للضوء الوامض المنبعث منها. وفي نفس المقال أكد الاثنان على أن العرض التطبيقي للنظام قد يستغرق وقتاً طويلاً؛ في وقت لاحق، يتبين الآن أنه في أقل من عامين تم بناء النظام الأول بالتعاون مع باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وتحت قيادتهم.
على الرغم من أنه ستكون هناك حاجة إلى مزيد من أبحاث المتابعة والجهد التطبيقي لدمج أجهزة الوامضة المحسنة في الأنظمة الطبية الفعلية، إلا أن البروفيسور كامينر يعتقد أن الطريقة التي طورها مع زملائه "ستؤدي إلى تحسن كبير في جودة الصورة التي تم الحصول عليها بينما بشكل ملحوظ الحد من تعرض المريض للإشعاع - هدفان رئيسيان في تطوير تقنيات التشخيص الجديدة القائمة على الأشعة السينية. وستعمل الطريقة الجديدة أيضًا على تحسين التقنيات غير الطبية القائمة على إنشاء وكشف الأشعة السينية.
استجاب عالمان مشهوران عالميًا، لم يشاركا في الدراسة المذكورة، بحماس للنشر. وقال البروفيسور راجيف جوبتا، اختصاصي الأشعة العصبية في مستشفى ماساتشوستس العام والأستاذ في كلية الطب بجامعة هارفارد: "إن البحث يمثل إنجازًا مهمًا للغاية". "إنه يوضح حقيقة أن التكنولوجيا تعمل على تحسين عمليات فحص الأشعة السينية 10 مرات، وحتى لو قامت بتحسينها مرتين فقط، فستكون ثورة حقيقية في هذا المجال." وفقا للبروفيسور إيلي جابلونوفيتش، مهندس الكهرباء والكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، "على الرغم من أن تطبيق هذا النهج في التطبيقات الطبية لا يزال بحاجة إلى إثبات، إلا أن هذا عمل أصلي للغاية وعالي الجودة حول موضوع لم تحظ بالاهتمام الذي تستحقه: أجهزة وامضة تعتمد على البلورات الضوئية."
الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا البروفيسور مارين سولياسيك، ونيكولاس ريفيرا، وتشارلز روك كارم هم شركاء في الدراسة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
