سیتیاسکن شش کیلویی؛ آزمایشگاه تصویربرداری در کف دست
تصویری که از سیتیاسکن در ذهن داریم، حلقهای بزرگ به اندازه اتاق و دستگاهی چندتنی است که بیمار روی تخت آن حرکت میکند. Xtomo-Cube این تصویر را به مکعبی ۱۴ در ۱۳ در ۲۲ سانتیمتر تبدیل کرده است. دستگاه تازه شرکت چینی Ruiying Detection Technology فقط شش کیلوگرم وزن دارد و با یک دست قابل حمل است. قرار نیست از بدن انسان تصویربرداری کند؛ برای دیدن درون فسیل، بذر باستانی، پوسته حلزون، کپسول دارو و نمونههای کوچک آزمایشگاهی ساخته شده است.
Ruiying شرکتی منشعب از مؤسسه فیزیک انرژیهای بالا در آکادمی علوم چین است و محصولش را کوچکترین و سبکترین سامانه سیتی جهان مینامد. رکورد پیشین در اختیار دستگاه قابل حمل مرکز آلمانی Fraunhofer EZRT بود که حدود ۱۹ کیلوگرم وزن داشت. کاهش وزن به یکسوم فقط حملونقل را آسان نکرده؛ امکان میدهد تصویربرداری از آزمایشگاه مرکزی به محل حفاری، کلاس درس یا میز کار پژوهشگر منتقل شود.
یک سیتیاسکن کوچک چگونه کار میکند؟
اصل کار همان فناوری پزشکی است. منبع پرتو ایکس از زاویههای مختلف به جسم میتابد، آشکارساز شدت عبوری را ثبت میکند و رایانه مجموعه تصویرهای دوبعدی را به مدل سهبعدی از ساختار داخلی تبدیل میکند. نخستین اسکنر بالینی در دهه ۱۹۷۰ به دست مهندس بریتانیایی گادفری هانسفیلد ساخته شد. کوچک کردن منبع، صفحه چرخان و آشکارساز در فضایی هماندازه بلندگوی رومیزی، بدون از دست دادن جزئیات، چالش اصلی تیم چینی بوده است.
میدان اسکن Xtomo-Cube فقط ۱۶ میلیمتر قطر دارد. همین محدودیت توضیح میدهد چرا دستگاه رقیب بیمارستان نیست. جسم باید کوچک باشد و در محدوده باریک سامانه جا بگیرد. در عوض، آشکارساز پیکسلهایی با اندازه ۱۸.۵ میکرومتر دارد و وضوح فضایی نهایی به ۸۰ میکرومتر میرسد؛ تقریباً هماندازه ضخامت یک تار موی انسان. پژوهشگر میتواند ترک، حفره یا لایهای را ببیند که با چشم و عکس سطحی پنهان است.
منبع پرتو با ولتاژ ۵۰ کیلوولت کار میکند؛ بسیار پایینتر از انرژی مورد نیاز برای عبور از بدن انسان یا قطعه صنعتی ضخیم. انرژی کم دو پیامد دارد. نخست اینکه مواد سبک و نمونههای ظریف با کنتراست مناسب دیده میشوند. دوم اینکه حفاظ پرتویی سنگین کمتری لازم است و وزن دستگاه پایین میآید. این طراحی هوشمندانه از تلاش برای کوچک کردن یک اسکنر عمومی پرهیز کرده و ابزار را دقیقاً برای اشیای کوچک بهینه ساخته است.
آزمایشگاه کنار محل کشف
باستانشناس معمولاً نمونه شکننده را بستهبندی میکند، برای آزمایشگاه میفرستد و شاید هفتهها منتظر نتیجه بماند. حملونقل خطر شکستگی، آلودگی یا از دست رفتن زمینه مکانی را بالا میبرد. اسکن در محل اجازه میدهد پژوهشگر همان روز تصمیم بگیرد جسم ارزش استخراج دقیقتر دارد یا نه. بذر مدفون، مهر کوچک یا توده رسوب میتواند پیش از باز شدن بررسی شود و روش ادامه حفاری بر اساس آن تغییر کند.
زمینشناس نیز میتواند هسته باریک سنگ یا ساختار داخلی کانی را بدون برش ببیند. در داروسازی، بررسی یکنواختی کپسول، پوشش قرص یا حباب در نمونه کوچک کاربرد دارد. دانشگاهها میتوانند اصول تصویربرداری مقطعی را با دستگاهی روی میز آموزش دهند، نه با رزرو زمان یک مرکز پزشکی. شرکت میگوید پارامترهای اسکن قابل تنظیماند و کاربر به داده خام دسترسی دارد؛ امکانی ارزشمند برای آزمایش الگوریتمهای بازسازی تصویر.
مصرف برق حدود ۲۰۰ وات است و سازنده میگوید دستگاه میتواند از پاوربانک قدرتمند تلفن تغذیه شود. این ویژگی برای میدان دور از شبکه مهم است، اما کل سامانه عملیاتی فقط خود مکعب نیست. لپتاپ برای بازسازی، پایه پایدار، حفاظ مناسب و جعبه حمل نیز لازماند. با این حال، حتی مجموعهای چند ده کیلویی در مقایسه با اسکنر آزمایشگاهی مزیت بزرگی دارد و میتواند در خودرو یا پرواز معمولی جابهجا شود.
کوچک شدن، محدودیت را حذف نمیکند
وضوح ۸۰ میکرومتر برای بسیاری از نمونهها مناسب است، ولی در حد میکروسیتیهای آزمایشگاهی پیشرفته نیست که به وضوح چند میکرومتر میرسند. میدان کوچک نیز اجازه بررسی شیء بزرگ را نمیدهد. زمان هر اسکن، کیفیت بازسازی و توان جداسازی موادی با چگالی نزدیک هنوز باید در استفاده مستقل سنجیده شود. عنوان «کوچکترین جهان» جذاب است، اما پژوهشگر ابزار را بر اساس تناسب با نمونه انتخاب میکند، نه رکورد ابعاد.
ایمنی نیز با ولتاژ پایین ناپدید نمیشود. پرتو ایکس یونساز است و استفاده میدانی به محفظه، قفل ایمنی، نشانگر و دستورالعمل روشن نیاز دارد. قوانین حمل و بهرهبرداری در کشورها متفاوتاند و ممکن است اپراتور نیازمند آموزش یا مجوز باشد. دسترسی به پارامترهای خام برای دانشگاه مفید است، ولی تنظیم نادرست نباید امکان تابش ناخواسته بدهد. کوچک و قابل حمل بودن، مسئولیت طراحی حفاظ را بیشتر میکند.
قیمت و زمان عرضه هنوز اعلام نشده است. این دو عامل مشخص میکنند Xtomo-Cube ابزار رایج دانشگاهی میشود یا محصولی خاص برای چند آزمایشگاه. دستگاه باید علاوه بر سختافزار، نرمافزار بازسازی پایدار، کالیبراسیون، قطعات مصرفی و خدمات پس از فروش داشته باشد. اگر ارسال برای تعمیر به مرکز دور لازم باشد، بخشی از مزیت میدانی از دست میرود. استاندارد فایل خروجی و امکان استفاده با نرمافزارهای علمی نیز برای پذیرش مهم است.
اعتبارسنجی با نمونههای مرجع گام دیگری است که نباید در هیجان رکورد فراموش شود. پژوهشگران باید یک جسم واحد را با Xtomo-Cube و اسکنر آزمایشگاهی مقایسه کنند تا خطای ابعاد، کنتراست و بازسازی معلوم شود. انتشار چنین دادهای به کاربر اجازه میدهد بداند نتیجه برای تصمیم سریع میدانی کافی است یا باید نمونه برای بررسی دقیقتر ارسال شود. ابزار علمی ارزشش را از عدد قابل تکرار میگیرد، نه فقط از عکس جذاب بدنه کوچک.
کوچکسازی ابزار علمی اغلب بازار تازهای میسازد. دوربین حرارتی، طیفسنج و میکروسکوپ پس از قابل حمل شدن از آزمایشگاه به کارگاه و میدان رفتند و سؤالهایی را ممکن کردند که پیشتر هزینه بررسیشان زیاد بود. سیتی کوچک نیز میتواند به جای آنکه فقط همان کار دستگاه بزرگ را ارزانتر انجام دهد، در لحظهای به کار رود که قبلاً هیچ تصویری گرفته نمیشد. تصمیم در محل، مهمتر از بالاترین وضوح آزمایشگاه است.
Xtomo-Cube نمونهای از طراحی بر اساس محدودیت است. تیم سازنده به جای حفظ توان اسکن بدن و کوچک کردن ناممکن همه چیز، دامنه جسم را به ۱۶ میلیمتر محدود کرده، انرژی را پایین آورده و دستگاهی شش کیلویی ساخته است. اگر ادعاهای عملکرد در بررسی مستقل تأیید شود و قیمت منطقی باشد، باستانشناس و پژوهشگر میتوانند پیش از جابهجایی نمونه به درون آن نگاه کنند. آزمایشگاه کامل در کف دست جا نشده، اما یکی از ارزشمندترین چشمهای آن حالا قابل حمل است.
منبع: New Atlas
