تبلیغات
๑۩۞۩๑ سایت جامع مهندسی پزشکی ایران ๑۩۞۩๑ - در گاماكمرا چه می گذرد!

جستجو

 

در گاماكمرا چه می گذرد!

دوشنبه 14 اردیبهشت 1388   04:40 ب.ظ


نوع مطلب : مقالات مهندسی پزشکی ،تجهیزات پزشکی ،

نویسنده: مهندس زهرا داوودی

منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی

هر‌گاه رادیوگرافی با اشعهِ X از برخی بافت های مختلف به دلیل نزدیكی چگالی و ضخامت آن بافت‌ها نتواند كنتراست كافی برای تشخیص ایجاد كند از مواد حاجب استفاده می‌شود. حتی در چنین حالتی نیز جزئیات برخی از اندام‌ها نظیر غدهِ تیروئید و كبد نمی‌تواند از طریق رادیوگرافی آشكار شود. علاوه بر این استفاده از كنتراست مصنوعی در رادیوگرافی موجب جابجایی یا تخریب ساختار طبیعی بافت می‌شود و  بنابراین اطلاعات كافی به دست نمی‌آید.

خوشبختانه استفاده از داروهای رادیواكتیو می تواند رادیوگرافی را كامل كند. به طور كلی در تكنیك‌های رادیوایزوتوپی چون مقادیر مختلفی از جسم رادیواكتیو جذب می‌شود می‌توان اندازه، شكل و موقعیت یك اندام یا فضای اشغالی تغییر جسم بافت را نسبت به محیط اطراف یا توزیع بعضی مواد در اندام را بررسی كرد.
از آنجا  كه تكنیك‌های رادیوایزوتوپی بلافاصله هر گونه تغییر فعالیتی را آشكار می‌كنند، قادر هستند شرایط پاتولوژیك راخیلی زودتر از تكنیك‌های دیگر آشكار كنند.
در گذشته برای اندازه گیری و تعیین جزئیات توزیع یك ماده در سیستم موردنظر از شمارنده سنتیلاسیونی (جرقه‌زن) كه بجز یك روزن كوچك به خوبی با سرب پوشیده شده و در یك لحظه فقط قسمت كوچكی از بدن را می بیند‌ استفاده می‌شد. این شمارنده بر روی اندام مورد نظر به آرامی  و در خط راست به طرف جلو و عقب حركت می كرد و از این طریق تمام منطقه اسكن می‌شد.
Scanning با آشكارسازی هایی كه اشاره شد، به خاطر آن كه باید در سطح بدن بیمار بر روی موضع حركت كنند، مدت زیادی به طول می‌انجامید، از این رو اغلب از آشكارسازهای سنیتلاسیون آنژه (یا دوربین گاما) استفاده می‌شود كه در سال 1985 توسط آنژه برای تصویربرداری ساخته شد.
در ابتدا از آشكارسازی‌های آنژه‌ای كه قطر میدان دید آن‌ها تقریبا cm25 بود استفاده می شد. ولی در سال های اخیر این میدان وسیع تر شده و كریستال های با قطر قابل استفادهِ تا cm60  و بیشتر نیز تهیه شده اند. این افزایش ابعاد میدان دید، به همراه بهبود قدرت تفكیك و سرعت سیستم، آشكارسازهای سنتیلاسیون را یك دستگاه تشخیصی همیشگی ساخته است.


نحوه تصویربرداری  ‌
در ابتدا به بیمار یك رادیوایزوتوپ تزریق می شود‌، پس از مدتی مادهِ رادیوایزوتوپ توسط عضو مورد نظر جذب و شروع به تابش اشعه گاما می كند فوتون های تابش شده از عضو موردنظر به كلیماتور برخورد كرده و كلیماتور آن دسته از پرتوهای گامایی را كه به موازات حفره هایش حركت می كنند به طرف كریستال عبور می‌دهد، با برخورد پرتوها به كریستال،كریستال شروع به جرقه زدن می كند شكل (1).          ‌
در واقع این عمل كلیماتور موجب می‌شود كه جرقه های نورانی در كریستال، تصویری از توزیع رادیوایزوتوپ در زیر آن را، ایجاد كنند. تعداد اشعه گامایی كه به هر نقطه از كریستال می‌رسند مستقیما متناسب با مقدار رادیوایزوتوپ موجود در ناحیه پایین آن است.
 ‌اشعه‌هایی كه در جهتی غیر از كلیماتور حركت می‌كنند و آن‌هایی كه به سرب آن برخورد می‌كنند در ایجاد تصویر نقشی ندارند. همچنین اگر پرتوی بدون آنكه جذب كلیماتور و كریستال شود از میان آن‌ها عبور كند تصویری تولید نمی‌كند.
بنابراین دیده می شود كه فقط درصد كمی از اشعهِ گامای نشر شده توسط اندام نشاندار، آشكار می‌شوند و ایجاد تصویر می‌كنند. با جذب اشعهِ گاما در یك نقطه از كریستال فوتون های نورانی تولید می‌شوند كه شدت آن‌ها مستقیما متناسب با انرژی اشعه گامای جذب شده است.
موقعیت جرقه های نورانی توسط لامپ های فتومولتی پلایر (PM)‌ كه در پشت كریستال قرار می گیرند، تعیین می‌شود. به این صورت كه تیوب های PMT نور تولید شده در كریستال را به پالس های الكتریكی تبدیل می‌كند.
یك لایه شفاف میان كریستال و لامپ های PM قرار دارد تا بین آن ها ارتباط اپتیكی برقرار كند. مشخصهِ اپتیكی این لایه اثر خیلی مهمی در قدرت تفكیك و یكنواختی میدان این نوع آشكار سازها دارد. در مرحله بعد مدار الكترونیكی تعیین مكان، موقعیت پالس‌ها را تشخیص داده و آن را به بورد پردازش می‌فرستد. بورد پردازش، پس از اعمال پردازش‌های موردنیاز بر روی سیگنال‌های دریافتی آن را برای نمایش به مانیتور كامپیوتر می فرستد و به این ترتیب تصویر عضو موردنظر بر روی صفحهِ مانیتور نمایش داده می شود.


 ‌بلوك دیاگرام گاماكمرا
در شكل (2) بلوك دیاگرام گاماكمرا نمایش داده شده است. گاماكمرا به طور كلی شامل دو قسمت سر (Gantry)‌ و كنسول است. سر دستگاه به عنوان آشكار ساز اشعهِ گاما است و شامل اجزایی است كه در شكل دیده می شود.
 ‌این قسمت اشعه گامای ورودی را جذب و علایم الكتریكی مطابق با همان محل‌هایی كه جذب انجام شده تولید می‌كند واین علایم را به كنسول می‌فرستد.
 ‌در كنسول علایم یاد شده به طور الكترونیكی ظاهر می شوند و در جهت ایجاد تصویر بر روی صفحه مانیتور به كار می‌روند.    

 

 ‌سر(Gantry)‌
در شكل (3) قسمت سر (Gantry)‌ گاماكمرا با جزئیات بیشتری نشان داده شده است كه در ادامه به شرح تك‌تك جزئیات آن می‌پردازیم:


كلیماتور
كلیماتور معمولا شامل قطعات خیلی بزرگ سربی است كه دارای روزن هایی است این روزن‌ها به موازات هم قرار گرفته‌اند و طوری ساخته شده كه فقط پرتوهایی را كه به موازات روزن ها حركت می كنند، عبور می دهد. در واقع پرتوهای نشر شده از عضوی كه مادهِ رادیواكتیو را جذب كرده به كلیماتور برخورد می كنند و از آن طریق به كریستال می‌رسند. به عبارت صحیح عمل كلیماتور در اینجا نظیر استفاده از گرید در سیستم‌های تصویری اشعهِ X است و اشعه‌هایی كه در جهات غیرموازی با حفره ها حركت می‌كنند و یا به سرب برخورد می كنند در ایجاد تصویر دخالتی ندارند.
دتكتور یا كریستال ‌
كریستال های مورد استفاده انواع مختلفی دارند كه كریستالی كه معمولا مورد استفاده قرار می گیرد (Na)‌ از یدورسدیم تشكیل شده است كه مقدار كمی ناخالصی تالیم به همراه دارد. این جسم به نور حساس است و با جذب اشعهِ، فوتون‌های نورانی تابش می كند. این فوتون ها طول موجی در حدود nm410 دارند كه در انتهای پایین طیف مرئی است.

 

 

 

 

 ‌با كشف نیمه هادی cdZnTe می توان مراحل تولید تصویر را به صورتی كه در شكل 4 نشان داده شده كاهش داد.

  نوع دیگری از كریستال starbrite است. در این نوع كریستال شیارهایی وجود دارد، شیار دار كردن كریستال باعث می شود كه اندازه كانون نوری روی PMT ها كاهش یابد‌، پراكندگی كانون نوری روی شیشه كم  شود، تداخل بین جرقه ها كاهش یابد و در نهایت باعث می شود كه تعداد PMT مورد استفاده كمتر شود و این مساله خود باعث بهتر شدن رزولوشن انرژی می شود.
فوتومولتی پلایر
در شكل 5 تیوب (PM‌) فوتومولتی پلایر مشاهده می شود.                  ‌
همانطور كه مشاهده می شود این تیوب شامل: فتوكاتد، منبع تغذیه ولتاژ بالا(تقویت كننده الكترون) و در نهایت قسمت خروجی است.

 

 

 

 جزئیات بیشتر مربوط به منبع تغذیه ولتاژ بالا در شكل (6) نشان داده شده است.

 

 

 


 وقتی فوتونی جذب كریستال شده و جرقه نورانی ایجاد می شود، هر لامپ PM یك پالس خروجی جریان تولید می كند ( شكل 7 ).

 بنابراین لامپ های PM نظیر مبدل نور مرئی به جریان الكتریكی عمل می كند.
 ‌دامنهِ پالس هر لامپ مستقیما متناسب است با مقدار نوری كه فتوكاتد آن دریافت كرده است نور حاصله در لایه فتوكاتد فتومولتی پلایر به تعدادی الكترون های كم انرژی تبدیل می شود. فتوكاتد از مادهِ BIALKALI نظیر سزیوم آنتی‌مون ساخته شده است و سطح داینودها از مواد مشابهی پوشانیده شده اند و پتانسیل مثبت روی هر داینود مرتباً افزایش می یابد.
 ‌سپس الكترون های منتشره از فتوكاتد در طول فتومولتی پلایر از یك داینود به داینود بعدی با اختلاف پتانسیل كلی حدود V2000 شتاب می‌گیرند. با برخورد هر الكترون به سطح داینود دو یا سه الكترون از آن تابش می شود‌ در نتیجه بهره تقویت افزایش می یابد. در نهایت جریان خروجی فتومولتی پلایر را می توان به مدار تقویت كننده داد، تا در وسایل اندازه‌گیر توان، مقیاس ها یا صفحهِ نمایش استفاده شود. آن لامپ هایی كه نزدیك نقطهِ تولید كننده نور باشند. بزرگ ترین پالس ها و آن ها كه از آن دور هستند علایم كوچكی ایجاد می كنند  در نتیجه هر تیوب متناسب با میزان نزدیكی به جرقه، پالس الكتریكی تولید می‌كند، این پالس ها به قسمت تعیین موقعیت رفته و این قسمت موقعیت نور سنتیلاسیون را بر حسب محورهای X, Y محاسبه كرده و همچنین روشنایی آن را بر حسب Z یا محور دامنه، E(‌ انرژی) تعیین می‌كنند.
در بعضی موارد پالس های خروجی آن قدر كوچك هستند كه در پارازیت های الكتریكی معمولی لامپ PM گم می شوند و بنابراین از نظر تصویری هیچ كاربردی ندارند.
 ‌كسب ‌اطلاعات
در شكل 8  بلوك دیاگرام كلی قسمت كسب اطلاعات رسم شده است. همانطور كه مشاهده می شود، پس از برخورد فوتون به كریستال ، عمل جرقه زنی انجام شده و در نهایت نور حاصل از طریق PMT به جریان الكتریكی تبدیل می شود، خروجی این قسمت به تقویت كننده APM و كنترل كننده بهره می رود. خروجی حاصل شامل  E, Y-,Y+,X-,X+‌ است كه نشان دهنده موقعیت مكانی و شدت انرژی پرتوهای آشكار شده است و در این قسمت پردازش نهایی بر روی این داده ها صورت گرفته وبه قسمت خروجی می رود.             ‌
انواع رزولوشن
رزولوشن زمانی
قابلیت دوربین گاما در تفكیك زمانی دو واقعه سنتیلاسیون را كه در كریستال رخ می‌دهد  رزولوشن زمانی آن می نامند. كه در وسایل مختلف مقدار آن فرق می كند و بر حسب تعداد شمارش در ثانیه محاسبه شده است  این مساله در ارزیابی نحوهِ كار دوربین گاما در مطالعات عروق خونی با مواد رادیواكتیو با رادیواكتیویته بالا و سریع ، پارامتر مهمی محسوب می شود.
رزولوشن انرژی
این قابلیت دوربین گاما به مفهوم آن است كه این دوربین ها می توانند برای آشكارسازی پرتو گاما با هر انرژی دلخواه، ضمن آنكه پرتوهای با انرژی دیگر را حذف می كنند، به كار برده شوند. این كار توسط آنالیزور ارتفاع پالس و توابع آن انجام می شود، بدین ترتیب كه با حذف پرتوهای زمینه و تصویربرداری به روش ایزوتوپ دو تایی به دنبال تزریق متوالی دو ماده رادیو اكتیو با انرژی های مختلف صورت می گیرد.
رزولوشن خاص
در رزولوشن خاص سیستم دو فاكتور كلیماتور و ضخامت كریستال تاثیر دارند. اندازه قطر و طول حفره های كلیماتور در این میان تعیین كننده هستند به این صورت كه افزایش در اندازه قطر حفره ها، منجر به افزایش حساسیت و كاهش رزولوشن می‌شود و برعكس افزایش طول حفره ها منجر به كاهش حساسیت و افزایش رزولوشن می‌شود.
 در مورد كریستال  می توان گفت ‌، یك كریستال ضخیم تر پرتو بیشتری را جذب خواهد كرد كه باعث افزایش حساسیت و كاهش رزولوشن می شود و یك كریستال نازك‌تر باعث می شود حساسیت سیستم كاهش یافته و رزولوشن افزایش یابد.
این رزولوشن با وسایل خاص اندازه گیری می شودكه فانتوم های میله ای نامیده می‌شوند. اندازه گیری رزولوشن به این روش باید بدون كلیماتور انجام شود چرا كه در غیر اینصورت تداخل زیادی بین فانتوم میله ای و كلیماتور صورت می گیرد.

منابع 

 [1]http://www.shimadzu.com     
[2]http://www.gemedicalsystem.com     
[3]http://www.siemensmedical.com
[4]F. R. Wrenn, Jr., M. L. Good, and P. Handler, "The use of positron-emitting                  
radioisotope for the localization of brain tumors," Nature


نوشته شده توسط : سایت جامع مهندسی پزشکی