کاربرد علم فیزیک در پزشکی

مقطع نگاری رایاته ای CT

ComputedTomography

مقطع‌نگاری رایانه‌ای یا برش‌نگاری رایانه‌ای یا توموگرافی رایانه‌ای () یا به اصطلاح سی‌تی اِسکَن، روشی نوین است که در علوم تشخیصی در فیزیک پزشکی کاربرد تحقیقاتی ودرمانی فراوانی دارد. در این روش، کالبد انسان یا دیگر جانوران به صورت لایه‌به‌لایه برانداز (اسکن) می‌شود و بدین ترتیب بخش‌های درونی بدن نیز برای پزشکان قابل رؤیت می‌گردد. امروزه فناوری سی‌تی‌اسکن در بیمارستان‌ها و مراکز پژوهشی در سرتاسر دنیا (از جمله در ایران) کاربرد وسیع دارند.

پیشینه

پایه‌های ریاضی مقطع‌نگاری کامپیوتری به اوایل قرن بیستم باز می‌گردد. کاربرد عملی این روش در دهه ۶۰ میلادی بنیان گذارده شد. در سال 1963 ،آلن کرماک از دانشگاه تافتزاز افرادی بود که نخستین بار نظریه یک سیستم سی تی اسکن را مطرح کرد. اما عملاً اولین اسکنر تجارتی در سال 1972 توسط گودفری هاونسفیلد از آزمایشگاه EMI در انگلستان انجام گردید. یکای هاونسفیلد به افتخار هاونسفیلد نامگذاری گردید و در نهایت جایزه نوبل پزشکی سال 1979 به کرماک و هاونسفیلد جهت ابداع این سیستم اعطا گردید. سالها بعد، سیستمهای سی تی از نوع پیچشی (یا مارپیچی)، توسط افرادی چون ویلی کالندارابداع گردیدند.

ساختار وطرز کار

این روش تلفیق استفاده از توموگرافی معمولی(مقطع نگاری) با پردازشهای کامپیوتری می باشد. دستگاه متداولی که این روش را جهت تصویر برداری به کار می‌برد سی تی اسکن نام دارد و متشکل از تعداد انبوهی آشکار ساز کوچک از نوع

شمارنده درخششی است که بصورت چندین ردیف درون دستگاه قرار داده شده‌اند. اینها پرتوهای ایکس عبوری از درون بدن بیمار را آشکار سازی می‌کنند. سپس سیگنالهای دریافت شده توسط آلگوریتم های مخصوصی همانند از نوع بازتابی تصویر را باز سازی می‌کنند. سیر تکاملی این دستگاه‌ها اغلب در هفت نسل توسعه بررسی می شوند.

در این روش نیز از اشعه X استفاده می شود. البته دز مورد استفاده در این روش بسیار بالاست و تفاوتهای ساختاری ای مثل استفاده از حرکت لامپ تولید کننده اشعه X و یا حرکت آشکارساز، همچنین گاهی آشکار ساز های حلقوی دور بیمار و ...، با رادیو گرافی معمولی، دارد. ولی تصاویری از سطح مقطع های مختلف،در عمق دلخواه از اعضای بدن را، می دهد. در رادیوگرافی معمولی اطلاعات مربوط به عمق از دست می رفت.از طرفی نمی توانست بین نسوج نرم تمایز ایجاد کند. طبعا اطلاعات کمی مربوط به چگالی بافت ها را نیز، در اختیارمان نمی گذاشت. در مقطع نگاری معمولی مشکل اول، یعنی تصویربرداری از یک مقطع دلخواه حل شد، ولی مقطع نگاری کامپیوتری دو مشکل دیگر رادیوگرافی معمولی را نیز حل کرد. یعنی حساسیت مورد نیاز برای تمایز بین نسوج نرم را دارا می باشد، همچنین اطلاعات کمی در مورد میزان تضعیف (ناشی از عبور اشعه از نسوج)را نیز می دهد. البته در این روش قدرت تفکیک بهبود نیافته و تنها بخشهای ناخواسته ، تارتر می شوند. در حال حاضر سالیانه بیشتر از ۶۲ میلیون از این روش در آمریکا، استفاده می کنند و بر اساس تخمین یکی از نشریه های معتبر آمریکایی ۲% سرطان ها (نوع بدخیم) ناشی از دز بالای استفاده شده در این روش است. تلفیق دو روش PET و CT که تحت عنوان PET/CT شناخته شده است ، روش جدیدی است که در آن اطلاعات مربوط به آناتومی (حاصل از CT) با اطلاعات متابولیکی که مربوط به عملکرد و اجزا می باشند (آنچه که PETدر اختیارمان می گذارد) تلفیق شده و روشی مطلوب بخصوص در مطالعه تومورها می باشد. نکته حائز اهمیت، عدم ضرورت استفاده از دز بالای CT در این روش است. این روش ۸۵% در مطالعه تومور ها (تشخیص سلول های بدخیم از خوش خیم، مشاهده دقیق روند پیشروی سلول های سرطانی و بررسی پاسخ به درمان و رادیوتراپی)، ۱۰% در نورولوژی ،۵% در مطالعات قلب، استفاده می شود.

در توموگرافي كامپيوتري از تجهيزات مخصوص x- Ray استفاده مي شود، تا تصاويري از زواياي مختلف بدن ايجاد كند. رايانه، اطلاعات دريافتي را براي نشان دادن مقطعي از بافت بدن و اندام ها را پردازش مي كند. تصويربرداري CT مي تواند انواع مختلفي از بافت ها ، مانند ريه، استخوان، بافت نرم و رگ هاي خوني را با وضوح زياد نشان دهد، كه درآن از تجهيزات تخصصي و كارشناسان خبره، براي ايجاد تصاوير استفاده مي شود. با استفاده از CT، راديولوژيست ها خيلي آسان تر مي توانند مشكلات و بيماري هاي عروقي، معده، بيماري هاي عفوني، ضربه ها و بي نظميها، ماهيچه اي - اسكلتي را تشخيص دهند. براي افزايش جزييات از تصاوير مقطعي از هر بافت استفاده مي شود.CT یکی از بهترین ابزارهای مطالعه قفسه سینه و شکم می باشد. اغلب براي تشخيص بيشتر سرطان ها، مانند ريه، كبد، و سرطان پانكراتيك ارجحيت دارد و به پزشك اجازه مي دهد كه وجود تومور، اندازه، موقعيت دقيق، توسعه و پيشرفت تومور را با مقايسه نسبت به بافت هاي هم جوار تشخيص دهد. به همین دلیل آزمون CT روش تشخيص و درماني مهمي در مشكلات و صدمات مهره اي و آسيبهاي وارده در دست، پا و ساختمان اسكلتي ساخته است. تصوير برداري CT، در اندازه گيري، چگالي مواد معدني استخوان و تشخيص پوكي استخوان كاربرد دارد. در موارد ضرب ديدگي، CT به سرعت صدمات وارده به كبد، طحال ، كليه و يا هر ارگان ديگر را تشخیص می دهد.

دستگاه سي تي ، ماشين بزرگ، مربع شكل با يك تونل در مركز مي باشد . بیمار بسيار آرام به روي ميزي كه مي تواند به بالا، پايين و به آهستگي به داخل و خارج از مركز اين تونل حركت كند دراز مي کشد. بر روی تیوپ دستگاه X-Ray یک گنتری دوار وجود دارد كه در اطراف بدن بيمار حركت مي كند و تصاويري از بدن بيمار گرفته مي شود. در هنگام حركت تخت، صداهايي از آن ايجاد مي شود.

آزمونCTبسيار شبيه به آزمون هاي x-Ray مي باشد. پرتوهاي X-Ray به صورتي كنترل شده وارد بدن بيمار شده و بافتهاي مختلف، اين پرتوها را با سرعت هاي مختلف جذب مي كنند. در راديولوژي ساده، هنگامي كه فيلم مخصوص اكسپوز مي شود تصاويري از اندام هاي داخلي بدن ايجاد مي شود. در فيلم هاي CT ، آرايش چندين دتكتور در كنار هم براي اندازه گيري مقدار اشعه X-Ray در برش مورد نظر استفاده مي شود. درون اسکنر CTيك گنتري گرداننده كه به يك سمت تيوپ X-Ray و آشكارساز قوسي شكل در طرف مخالف آن نصب شده است، پرتوهاي X-Ray در قسمت پروانه اي شكل، از چارچوب دوار تيوپ X-Ray منتشر مي شود و آن گاه در اطراف بيمار آشكار مي شوند. هرگاه تيوپ X-Ray و آشكارساز 360 درجه چرخيد پرتوها از يك مقطع باريك عبور كرده و تصوير ايجاد مي شود. در طي هر چرخش، اشكارساز حدود 1000 تصوير از عبور X-Ray ثبت مي كند. اين تصاوير توسط رايانه مخصوص، تصاوير دو بعدي از برش اسكن شده را، بازسازي مي كند. تصوير اين برش ها، توسط كامپيوتر پردازش شده و در نتيجه جزييات تصوير هاي چند بعدي از بدن، به خوبي قابل رويت مي گردد. تكنولوژي سي تي اسپيرال، دقت تصاوير را نسبت به سي تي معمولی براي بيشتر بيماري ها افزايش داده است. كلمه سي تي اسپيرال از شكل، مسيري كه پرتوهاي X-Ray در طول اسكن كردن، طي مي كنند گرفته شده است. ميز آزمايش با سرعت ثابت، از ميان گنتري اسكنر، هنگامي كه تيوپ X-Ray پي در پي اطراف بيمار مي چرخد، حركت مي كند. و يك مسير مارپيچي را از درون بدن بيمار طي مي كند. اين مسير مارپيچي، بدون اين كه بين تصاوير وقفه ايجاد شود پي در پي داده ها را جمع مي كند. به وسيله سي تي اسپيرال و توالي سريع تر تصوير، تصاويري با كيفيت بالاتر و پرتوگيري كمتر ايجاد مي شود. سي تي اسپيرال، كه سي تي چند آشكارساز نیز ناميده مي شود، معمولاً از چهار تا شانزده رديف سيستم تشكيل يافته است. همچنین سي تي اسكنرهايي با 24 آشكارساز، هم اكنون وجود دارند. استفاده از 12 رديف سيستم اسكنر، مي تواند 32 تصوير در هر ثانيه به وجود آورد.

در سي تي معمولي، ضايعه هاي كوچك، هنگامي كه فاصله اي بين اسكن ها وجود داشته باشد، ممكن است آشكار نشود. زيرا ضايعه ممكن است در فاصله بين اسكن ها گم شود. سرعت اسكن مارپيچي و نگه داشتن نفس، سرعت تشخيص ضايعه را افزايش مي دهد. آزمون سي تي اغلب به استفاده از مواد كنتراست نياز دارد. تا اين كه وضوح بافت مشخص يا رگ هاي خوني افزايش يابد. راديولوژيست يا تكنولوژيست ممكن است از بيمار در مورد آلرژي ها و به خصوص حساسيت به داروي خاص سئوال كند و يا بيماري هايي مانند ديابت، آسم، بيماري هاي قلبي، مشكلات

كليوي يا تيروئيد كه در هر كدام از اين حالات ممكن است خطر واكنش به مواد كنتراست و يا مشكلات ديگري كه منجر به خارج ساختن ماده كنتراست از بدن بيمار مي شود وجود داشته باشد. آزمون CT معمولاً حدود 5 تا 30 دقيقه طول مي كشد. هنگامي كه آزمون انجام مي شود بيمار بايد منتظر بماند، تا تصاوير آماده شده و مشخص شود آيا به تصاوير بيشتري نياز هست يا نه. سي تي در تشخيص و درمان بيماري هاي عروقي كه ممكن است باعث سكته، نارسايي كليه و يا حتي مرگ شود نقش بسيار مهمي را ايفا مي كند. اشياء فلزي مي تواند در تصوير تاثير بگذارد. زنان باردار حتماً بايد قبل از آزمايش پزشك يا تكنسين رادیولوژی را آگاه سازند.

نسل ها

در واقع، تکامل سیستمهای سی‌تی را میتوان بصورت زیر خلاصه کرد:

· نسل اول: سیستم‌های پرتو خطی، حرکت منشا و آشکارساز هر دو بصورت انتقال-دوران.

· نسل دوم: سیستم‌های پرتو بادبزنی باریک. حرکت منشا و آشکارساز هر دو بصورت انتقال-دوران.

· نسل سوم: سیستم‌های پرتو بادبزنی پهن. حرکت منشا و آشکارساز هر دو بصورت دورانی. آغاز استفاده از فناوری حلقه‌های لغزنده.

· نسل چهارم: سیستم‌های با حرکت دورانی منشا، اما با آشکارساز ساکن.

· نسل پنجم:سیستم های مقطع نگاری رایانه ای با پرتو الکترونی.

· نسل ششم: اضافه شدن حرکت مارپیچی یا اسپیرال. برای این نوع سیستم‌ها.

· نسل هفتم: استفاده از آرایه‌های آشکارساز چندردیفی معروف به MDCT.

امروزه پویشگرهای سی‌تی نسل هفتم بر اساس الگوی حرکتی سیستمهای نسل سوم کار می‌کنند، و سیستمهای نسل چهارم در واقع از رده خارج شدند. لذا منشا پرتوها و آشکارسازها هر دو حرکت دورانی دارند. همچنین با آمدن به بازار سی‌تی‌های نسل ششم و هفتم با آرایهٔ +۶۴ برش، سیستم‌های مقطع نگاری رایانه ای تقریبااز صحنه حذف شده‌اند، و امروزه بیشتر فقط برای پژوهش کاربرد دارند.

مقطع‌نگاری رایانه‌ای با پرتو الکترون: در این نوع مقطع‌نگاری رایانه‌ای که به EBCT موسوم گشت، از حرکت غیر مکانیکی منبع پرتوهای ایکس استفاده می‌شود. این سیستمها از یک حلقه تنگستنی استفاده می‌شود که دید زاویهٔ ۲۱۰ درجه را پوشش می‌دهد، و در عوض از میادین الکترومغناطیسی برای انحنا دادن به پرتو به زاویه معینی استفاده می‌گردد.

مقطع‌نگاری رایانه‌ای با آشکارسازهای چند-ردیفی: در قسم دیگر، منبع پرتوهای ایکس و میز (یا تخت بیمار) همزمان حرکت می‌کنند که به اخذ داده‌ها بصورت مارپیچ گونه می‌انجامد. این مد از مقطع‌نگاری رایانه‌ای امروزه بیشتر رایج است و مقطع‌نگاری رایانه‌ای با آشکارسازهای چند-ردیفی یا «مولتی اسلایس» نام دارد.

کاربردهای غیر پزشکی: از سی تی اسکن‌ها برای کاربردهای غیر پزشکی نیز استفاده می‌شود. بطور نمونه در تحقیقات باستان شناسی و یا علم مواد، سی تی اسکن‌ها نقش قابل توجهی را ایفا می‌کنند. اخیرا حتی یک فسیل دایناسور مومیایی شده توسط بزرگ‌ترین سی تی اسکن جهان متعلق به شرکت بویینگ آمریکا، اسکن شد.

فواید و خطرات آن

مزایا: برخلاف روش هاي تصويرگيري ديگر در سي تي جزييات بيشتر از بافت هايي مانند ريه ها، استخوان ها، بافت نرم و رگ هاي خوني ديده مي شود. سي تي بدون درد ، تهاجمي و دقيق است. آزمون سي تي سريع و آسان است و در موارد آسيب ديدگي ها، ضايعات داخلي و خونريزي ها را به سرعت آشكار مي كند تا نجات جان بيمار آسان تر شود. سي تي نياز به روش هاي تهاجمي مانند جراحي و نمونه برداري را كاهش مي دهد. سي تي، نرمال و يا غير نرمال بودن ساختارهاي بدن را تشخيص مي دهد و يك راهنماي دقيق براي راديوتراپي، بيوپسي و ديگر روش هاي تهاجمي است . سي تي ، ابزاری ارزشمند براي طيف وسيعي از مشكلات باليني است.

خطرات: در سي تي نيز مانند X-Ray از پرتو اشعه X استفاده مي شود ، اما منافع تشخيص آن به مراتب بيشتر از زيان آن است. پرتوهاي موثر در اين آزمون در حد10msv است. كه ميانگين دريافت پرتوهاي پراكنده در مدت سه سال است. زنان در صورت احتمال بارداري حتما بايد پزشك يا تكنولوژيست را با خبر سازند. مادران شيرده بايد تا 24 ساعت پس از تزريق ماده كنتراست به فرزند خود شير ندهند. عكس العمل هاي بدن به ماده كنتراست يد دار و خطرهاي الرژيك جدي بسيار نادر است و بخش راديولوژي به داروهاي اورژانس مجهز مي باشد و به اين موارد سريعاً رسيدگي خواهد شد.

کاربرد علم فیزیک در پزشکی

مطالب مشابه :

سیستم های خبره و کاربرد آن در پزشکی

سیستم های خبره در پزشکی

کاربرد سیستم های خبره

کاربرد علم فیزیک در پزشکی

سیستم‌های خبره (Expert Systems)

سيستمهاي خبره و كاربرد آنها

سیستم خبره