आरोग्य क्षेत्रात क्रांती घडवणारं तंत्रज्ञान, स्कॅनिंगचा वेळ तिपटीनं कमी करणारं उपकरण नेमकं काय?

एका मोठ्या हॉस्पिटलच्या स्कॅनरमध्ये पाठ टेकून, हात वर करून तब्बल 45 मिनिटं हलायचंही नाही. एवढ्या वेळ हालचाल न करता शांत पडून राहणं सोपं किंवा मजेशीर नक्कीच नसतं.

लंडनमधील रॉयल ब्रॉम्प्टन हॉस्पिटलमध्ये फुप्फुसांच्या स्कॅनसाठी आलेल्या रुग्णांना असंच करावं लागायचं. पण, गेल्या वर्षी हॉस्पिटलने एक नवं उपकरण बसवलं आणि जिथे 45 मिनिटं लागायची तिथे आता हेच काम अवघ्या 15 मिनिटांत होतं.

हे शक्य झालं आहे, स्कॅनरमधील इमेज प्रोसेसिंग तंत्रज्ञानामुळे आणि कॅडमियम झिंक टेल्युराइड (CZT) नावाच्या खास पदार्थामुळे. या पदार्थामुळे मशीन रुग्णांच्या फुप्फुसांचे अतिशय स्पष्ट आणि 3D फोटो तयार करू शकते.

यावर न्यूक्लियर मेडिसिन आणि पीइटीच्या प्रमुख डॉ. क्षमा वेचाळेकर म्हणतात, "या स्कॅनरमधून खूप सुंदर आणि स्पष्ट चित्रं मिळतात. ही खरंच अभियांत्रिकी आणि भौतिकशास्त्राची कमाल आहे."

हा स्कॅनर गेल्या ऑगस्ट महिन्यात हॉस्पिटलमध्ये बसवला गेला, आणि त्यातील CZT हा पदार्थ ब्रिटनमधील क्रोमेक या कंपनीने तयार केला आहे.

जगात अशा फारच मोजक्या कंपन्या CZT बनवू शकतात. तुम्ही या पदार्थाचं नाव कधी ऐकलंही नसेल, पण डॉ. वेचाळेकरांच्या मते त्याने मेडिकल इमेजिंगमध्ये एकदम 'क्रांती' केली आहे.

हा पदार्थ किंवा मटेरिअल अनेक ठिकाणी वापरला जातो. एक्स-रे टेलिस्कोपमध्ये, रेडिएशन डिटेक्टरमध्ये आणि एअरपोर्टच्या सुरक्षा स्कॅनरमध्येही. आणि आता त्याची मागणी मोठ्या प्रमाणात वाढली आहे.

डॉ. वेचाळेकर आणि त्यांची टीम फुप्फुसांची स्कॅन करते, त्यात ते प्रामुख्याने लाँग कोव्हिड झालेल्या रुग्णांमध्ये असलेल्या अगदी लहान रक्ताच्या गाठी शोधतात. काही वेळा फुप्फुसात तयार होणारी मोठी रक्ताची गाठ (पल्मनरी एम्बोलिझम) ही तपासली जाते.

सुमारे 1 कोटी रुपयांचा हा स्कॅनर रुग्णाच्या शरीरात इंजेक्शनद्वारे दिलेल्या रेडिओअ‍ॅक्टिव्ह पदार्थातून निघणाऱ्या गॅमा किरणांना पकडण्याचं काम करतो.

परंतु, हा स्कॅनर खूप संवेदनशील असल्यामुळे, आधीसारखा जास्त रेडिओअ‍ॅक्टिव्ह पदार्थ द्यायची गरज भासत नाही. "आपण डोस साधारण 30 टक्क्यांनी कमी करू शकतो," असं डॉ. वेचाळेकर म्हणतात.

CZT आधारित स्कॅनर पूर्णपणे नवीन नाहीत, पण अशा मोठ्या शरीराचे पूर्ण स्कॅन करणारे असे मशीन अलीकडेच तयार झाले आहेत.

'तयार करायला अत्यंत कठीण पदार्थ'

CZT हा पदार्थ अनेक दशकांपासून आहे, परंतु बनवायला तो खूप कठीण आहे. "या पदार्थाला मोठ्या प्रमाणावर तयार करण्यासाठी खूप वेळ लागला आहे," असं क्रोमेकचे संस्थापक आणि मुख्य कार्यकारी अधिकारी अर्णब बसू सांगतात.

क्रोमेकच्या सेजफील्ड येथील कारखान्यात एका खोलीत 170 लहान भट्ट्या आहेत. डॉ. बसू त्या खोलीचं वर्णन 'सर्व्हर फार्म'सारखं असल्याचं करतात.

या भट्ट्यांमध्ये एक खास पावडर गरम करून द्रव बनवले जाते आणि नंतर ते पुन्हा घन करून एकाच क्रिस्टलमध्ये बदलले जाते. या संपूर्ण प्रक्रियेला काही आठवडे लागतात.

डॉ. बसू म्हणतात, "अणू-अणू करून क्रिस्टलची रचना व्यवस्थित केली जाते… त्यामुळे सर्व क्रिस्टल एकसारखे होतात."

नव्याने तयार झालेल्या CZT या सेमीकंडक्टरमुळे एक्स-रे आणि गॅमा किरणांमधील अगदी लहान प्रकाशकणही (फोटॉन) अचूकतेने ओळखता येतात.

हे तुमच्या स्मार्टफोन कॅमेऱ्यामधील सिलिकॉनवर आधारित प्रकाश संवेदक सेन्सरसारखे, पण खूपच खास आणि प्रगत आहेत.

जेव्हा जेव्हा उच्च उर्जेचा प्रकाशकण CZTला लागतो, तेव्हा तो एक इलेक्ट्रॉन हलवतो आणि या विद्युत संकेतचा उपयोग करून प्रतिमा तयार केली जाते. पूर्वीच्या स्कॅनर तंत्रज्ञानात दोन टप्प्यांची प्रक्रिया होती, ती तितकी अचूक नव्हती.

डॉ. बसू म्हणतात, "हे डिजिटल आहे. एकाच स्टेपमध्ये रूपांतरीत होते. यात सर्व महत्त्वाची माहिती जपली जाते, जसं की वेळ, एक्स-रेची उर्जा जी CZT डिटेक्टरला लागते. त्यामुळे तुम्हाला रंगीत किंवा स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजेस तयार करता येतात."

ते पुढे म्हणाले की, सध्या CZT-आधारित स्कॅनर यूकेच्या विमानतळांवर स्फोटकं शोधण्यासाठी आणि काही अमेरिकन विमानतळांवर तपासलेल्या सामानासाठी वापरले जात आहेत.

'CZT सहज उपलब्ध होत नाही'

ते म्हणतात, "येत्या काही वर्षांत CZT हे हातातील सामान (हँड लगेज सेगमेंट) तपासण्यासाठीही वापरले जाण्याची अपेक्षा आहे."

परंतु, CZT सहज उपलब्ध होत नाही.

अमेरिकेतील सेंट लुइस येथील वॉशिंग्टन युनिव्हर्सिटीचे हेन्रिक क्रॉक्झिन्स्की यांनी हा पदार्थ आधीच अंतराळातील दुर्बिणीसाठी (टेलिस्कोप) वापरला आहे, जे उंचीच्या बलूनवर बसवले होते. हे डिटेक्टर न्यूट्रॉन स्टार आणि ब्लॅक होलच्या (कृष्णविवर) आजूबाजूच्या प्लाझ्मातून निघणारे एक्स-रे ओळखू शकतात.

प्रा. क्रॉक्झिन्स्की यांना त्यांच्या टेलिस्कोपसाठी CZTचे खूप पातळ, 0.8 मिमी तुकडे हवे आहेत. त्यामुळे त्यांना आवश्यक सिग्नल मिळतात आणि पार्श्वभूमीचे रेडिएशन कमी होण्यास मदत होते.

ते म्हणतात, "आम्हाला 17 नवीन डिटेक्टर खरेदी करायचे आहेत, पण इतके पातळ डिटेक्टर मिळवणं खूप कठीण आहे."

परंतु, त्यांना क्रोमेककडून CZT मिळाले नाही. डॉ. बसू यांनी त्यांच्या कंपनीला सध्या खूप मागणी असल्याचे सांगितले. ते पुढे म्हणाले, "आम्ही अनेक संशोधन संस्थांना सहकार्य करतो. आम्हाला एकाच वेळी शंभर वेगवेगळ्या गोष्टी करणं खूप कठीण आहे. प्रत्येक संशोधन प्रकल्पाला विशिष्ट प्रकारच्या डिटेक्टर स्ट्रक्चरची गरज असते."

प्रा. क्रॉक्झिन्स्की यांच्यासाठी हे काही मोठं संकट नाही. ते म्हणतात की, पुढच्या मिशनसाठी ते आधीच्या संशोधनातून मिळालेला सीझेडटी किंवा पर्यायी पदार्थ कॅडमियम टेल्युराइड वापरू शकतात.

पण सध्या त्यांच्यासमोर आणखी एक मोठा प्रश्न उभा आहे. पुढील मिशन डिसेंबरमध्ये अँटार्क्टिकातून उडण्याचा होता, परंतु अमेरिकन सरकारच्या शटडाऊनमुळे सर्व तारखा बदलल्या आहेत, असं प्रा.क्रॉक्झिन्स्की सांगतात.

'...म्हणून CZT हे सर्वोत्तम मटेरियल'

इतर अनेक शास्त्रज्ञ सीझेडटी वापरतात. यूकेमध्ये, ऑक्सफर्डशायरमधील डायमंड लाइट सोर्स संशोधन केंद्राचे अर्धा अब्ज पाउंड खर्चाचे मोठे अपग्रेड CZT-आधारित डिटेक्टर बसवल्यामुळे अधिक प्रभावी होणार आहेत, त्यांची क्षमता सुधारणार आहे.

डायमंड लाइट सोर्स हा एक सिंक्रोट्रॉन आहे, जिथे इलेक्ट्रॉन्स एका महाकाय वर्तुळाभोवती जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने फिरतात. चुंबकांमुळे हे इलेक्ट्रॉन्स थोडी ऊर्जा गमावतात आणि ती ऊर्जा एक्स-रेच्या रूपात बाहेर पाठवली जाते. हे एक्स-रे बीमलाइन्सद्वारे वापरून पदार्थांचे विश्लेषण केले जाऊ शकते.

अलीकडील काही प्रयोगांमध्ये अ‍ॅल्युमिनियम वितळताना त्यातील अशुद्धता तपासल्या गेल्या. त्या अशुद्धता चांगल्या प्रकारे समजून घेतल्यास, धातूचा पूनर्वापर केलेल्या रूपात सुधारणा करता येऊ शकते.

डायमंड लाइट सोर्सचे अपग्रेड 2030 मध्ये पूर्ण होणार आहे. या अपग्रेडमुळे तयार होणारे एक्स-रे खूपच तेजस्वी असतील, म्हणजे सध्याचे सेन्सर त्यांना योग्यरित्या ओळखूही शकणार नाहीत.

मॅट व्हील हे डायमंड लाइट सोर्सच्या सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी फॅसिलिटी कौन्सिलमधील डिटेक्टर डेव्हलपमेंट गटाचे प्रमुख आहेत. ते म्हणतात, "जर आपण तयार होणाऱ्या प्रकाशाचा शोध घेऊ शकत नसू, तर या सुविधा अपग्रेड करण्यासाठी इतके पैसे खर्च करण्यात काही एक अर्थ नाही."

म्हणूनच, इथेही CZT हा सर्वोत्तम पदार्थ किंवा मटेरियल म्हणून निवडला जातो.

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन)