Unerreichte Energieauflösung: Forscher entwickeln Perowskit-Detektor für ultra-präzise medizinische Bilder
Ein Team von Forscher:innen der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois und der Soochow University im chinesischen Suzhou hat einen neuartigen Detektor für die medizinische Bildgebung entwickelt. Er basiert auf Perowskit-Kristallen und könnte die Qualität von nuklearmedizinischen Verfahren wie der Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT) entscheidend verbessern.
Solche SPECT-Scans kommen zum Einsatz, um Krankheiten tief im Körper aufzuspüren, die Herzfunktion zu beobachten oder den Blutfluss zu verfolgen. Die neue Technologie verspricht dabei schärfere Bilder, kürzere Untersuchungszeiten und eine geringere Strahlenbelastung für Patient:innen, und das zu einem Bruchteil der Kosten aktueller Systeme, wie die beteiligten Wissenschaftler:innen in Nature Communications berichten.
Bekanntes Material, neue Mission
Die heute gängigen Detektoren in SPECT-Geräten nutzen Kristalle aus Cadmiumzinktellurid (CZT) oder Natriumiodid (NaI). Während CZT-Systeme eine hohe Bildqualität liefern, sind sie in der Herstellung extrem teuer und die Kristalle sehr empfindlich. NaI-Detektoren sind zwar günstiger, produzieren aber sichtbar unschärfere Aufnahmen.
An dieser Stelle kommt Perowskit ins Spiel, ein Material, das vielen hauptsächlich durch seinen Einsatz in hocheffizienten Solarzellen ein Begriff sein dürfte. Das Team um den Chemiker Mercouri G. Kanatzidis von der Northwestern University entdeckte bereits 2013, dass sich einzelne Perowskit-Kristalle auch hervorragend zur Detektion von Röntgen- und Gammastrahlen eignen.
Der nun vorgestellte Detektor-Prototyp nutzt einen speziell gezüchteten Cäsium-Blei-Bromid-Kristall (CsPbBr₃) mit einer pixelierten Sensor-Architektur. Im Experiment konnte er Gammastrahlen des in der Klinik häufig genutzten radioaktiven Tracers Technetium-99m mit einer bisher unerreichten Energieauflösung erfassen. Das Ergebnis sind gestochen scharfe Bilder, die nur wenige Millimeter auseinanderliegende Strahlenquellen klar voneinander trennen können.
Der lange Weg vom Labor in die Klinik
Mit dem Spin-off-Unternehmen Actinia wird die Technologie bereits für den kommerziellen Einsatz vorbereitet. Das Ziel ist es, die Kosten für hochwertige Diagnostik deutlich zu senken und sie damit einem breiteren Kreis von Kliniken zugänglich zu machen. „Hochwertige Nuklearmedizin sollte nicht auf Krankenhäuser beschränkt sein, die sich die teuerste Ausrüstung leisten können“, so Kanatzidis in einer Pressemitteilung der Universität.
Trotz der vielversprechenden Laborergebnisse bleibt der Weg in die breite klinische Anwendung eine Herausforderung. Medizintechnische Geräte unterliegen langwierigen und strengen Zulassungsverfahren, bevor sie bei Patient:innen eingesetzt werden dürfen. Zudem muss die Technologie ihre Stabilität und Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb erst noch unter Beweis stellen.
Ein weiterer Punkt, der bei Perowskiten stets Beachtung findet, ist das enthaltene Blei. Während dies bei der Anwendung in einem gekapselten medizinischen Gerät eine geringere Rolle spielen dürfte als bei großflächig verbauten Solarmodulen, bleibt die Suche nach bleifreien Alternativen ein wichtiges Forschungsfeld. Die aktuelle Entwicklung zeigt jedoch eindrücklich, wie ein Material aus einem Technologiefeld ein anderes entscheidend voranbringen kann.
