پزشکی بالینی

CT-Laser Mammography رصد گاز انبري تومورهاي سينه

‏با توجه به نياز به تشخيص زود هنگام سرطان پستان، جلوگيري از مشكلات تصويربرداري با اشعه يونيزان، عدم استفاده از سيستم‌هاي اپتيكال ماموگرافي از جمله سي تي ليزر ماموگرافي در مراكز تحقيقاتي سرطان پستان در داخل كشور و كم كردن روش هاي تهاجمي در نمونه برداري از بافت پستان مشكوك به سرطان پستان تحقيقاتي كه شرح آن در ادامه خواهد آمد صورت گرفته است. در ابتدا سعي شد كه كليه نكات تصويربرداري به روش سي تي ليزر ماموگرافي و اتفاقات تصويربرداري در داخل گنتري پستان، نوع آشكار ساز‌ها و اساس تشكيل تصوير مورد بررسي قرار گيرند و سپس با استفاده از داده‌هاي تئوري پستان با بافت تومور از نرم افزار ‏MATLAB‏ براي شبيه‌سازي شد و عمل بازسازي تصوير با استفاده از نرم افزار ‏MATLAB‏  براي تصاوير بافت پستان  و سپس با نمونه‌هاي گرفته شده از مراكز تحقيقاتي پستان در كشور چين و اروپا كه با دستگاه سي تي ليزر ماموگرافي كار مقايسه اي صورت گرفت.

تشخيص تومور در بافت پستان با استفاده از تصاويرسي تي ليزر ماموگرافي به تنهايي مشكل است بنابراين فيلتري طراحي شد كه تومور را در تصاوير فوق به خوبي نمايان مي‌كند. با توجه به عدم ارائه پروژه مشابه در ايران اميد مي‌رود با شبيه سازي‌هاي فوق بتوان اين دستگاه را به صورت مشابه براي تشخيص سرطان پستان در مراكز تحقيقاتي ساخت يا در صورت تهيه اين دستگاه در مراكز فوق  با استفاده از نرم افزار‌هاي مكمل بهترين تشخيص‌ها در مورد بدخيم يا خوش‌خيم بودن بافت مشكوك داده شود.
‏
ابداع سي تي ليزر ماموگرافي
با گسترش سيستم‌هاي تصويرگر ليزري  روشي نو در تصويربرداري از بافت پستان ابداع شد. اين روش به دلايل:
1. عدم استفاده از پرتو يونيزان
2. عدم دردناكي در هنگام تصويربرداري
3. دقت بالا در تصاوير
 ‏
مورد علاقه پزشكان و بيماران قرار گرفت. در اين روش با تابش نور ليزر 808 نانومتر و با شدت 82 ميلي وات به بافت پستان و جذب نور ليزر توسط رگ‌هاي خوني موجود در بافت پستان تصاوير عملكردي و ساختاري از بافت پستان به تصوير كشيده مي‌شود. بافت هاي سرطاني براي رشد و نمو نيازمند فضاي خون رساني مناسب هستند كه اين افزايش فضاي خون رساني در حالت بينابيني به نام ‏Angiogenesis‏ معروف است كه قدرت بالاي تشخيص تصاوير توده‌هاي سرطاني  به دليل به تصوير كشيدن همين ‏Angiogenesis‏‌ها هستند.‏
تصويربرداري در اين روش وابسته به چگالي بافت نيست، پس براي خانم‌هاي جوان كه داراي سينه با بافت چگال هستند مشكلي ايجاد نمي‌كند و برعكس سيستم‌هاي اشعه ايكس ماموگرافي تصاويري با وضوح كامل از بافت پستان چگال در اختيار پزشك قرار مي‌دهد.‏

انتخاب طول موج
انتخاب ليزر 808 نانومتر به اين دليل است كه بافت پستان شامل رگ‌هاي خوني اكسيژن دار، غير اكسيژن دار، چربي و آب. با بررسي نمودار ضريب جذب ليزر در بافت بدن بر حسب طول موج‌هاي گوناگون مي‌توان دريافت براي جذب ليزر توسط رگ‌هاي خوني طول موج 808 نانومتر يعني محل تلاقي نمودار اكسي هموگلوبولين و داكسي هموگلوبولين را مي‌توان انتخاب كرد كه در اين يافته آب و چربي حداقل ضريب جذب خود را دارا هستند. انرژي ليزر در اينجا 82 ميلي وات به صورت تجربي به دست آمده است. نكته مهم در اين مورد زمان تابش ليزر است كه اين كار در دستگاه در حد ‏f.sec‏ (فمتو ثانيه) انجام مي‌پذيرد (شكل 1).‏

گنتري ‏
شامل 84 عدد دتكتور سيليكوني است كه دور تا دور فضاي استوانه اي قرار گرفته اند. اين گنتري قابليت اسكن پستان را در ضخامت 4 ميليمتر دارد كه زمان كل براي اسكن بافت كلي پستان‏‎(Multi slice)‎در حدود 20-15 دقيقه به طول مي‌انجامد. اين فضاي استوانه اي شامل يك عدد منبع ليزر است  كه تابش شده و به بافت پستان برخورد مي‌كند. در حين برخورد به بافت برعكس اشعه ايكس در اينجا نور به صورت اشعه‌هاي منعكس، منحرف شده شكست پيدا مي‌كند يا جذب بافت مي‌شود. ميانگين جذب و شكست نور در بافت توسط تابعي به نام تابع ‏Banana‏ ‏‎(Banana Function)‎‏ محاسبه مي‌شود (شكل 2).‏

نور ‏NIR‏ با برخورد به بافت پستان به نورهاي گوناگون شكسته شده  و هر كدام در ابتدا به يك لنز اپتيكي مي‌رسد. لنز اپتيكي كليه نورهاي شكست يافته را بر حسب تنظيم بر روي مركز دايره گنتري به صورت نوري فرضي كه از مركز گنتري به دتكتور مي‌رسد از خود عبور مي‌دهد. در جلوي اين لنز اپتيكي فيلتري قرار گرفته كه اشعه‌اي كه داراي كمترين مقدار انرژي است(يعني از بخش شعاعي پستان عبور كرده و جذب بيشتري در مسير عبور توسط خون انجام شده) را از خود عبور مي‌دهد. يعني در واقع به عنوان يك فيلتر پايين گذر اپتيكي عمل مي‌كند(كه اطلاعاتي از اين فيلتر اپتيكي در دسترس نيست) و  فقط اشعه عبوري  با كمترين انرژي را از خود عبور مي‌دهد، كه اين موضوع به طور كامل در تصوير 3 نشان داده شده است.‏

نور خارج شده از فيلتر اپتيكي پس از بزرگنمايي توسط يك عدسي ديگر و محدود شدن ‏field of view‏ آن به دتكتور برخورد مي كند. در كنار منبع توليد ليزر يك سنسور قرار گرفته كه بسته به انعكاس نور ليزر حاصل از برگشت از روي بافت شدت نور ليزر تابش شده را در مواقعي كم يا زيادتر مي‌كند. اين عمل ممكن است بسته به ميزان تعرق يا چرب بودن بافت پستان انجام شود. جزييات اين بخش در تصوير4 نشان داده شده است.‏
مشكل ديگر در قرارگيري دتكتورها و فيلتر‌هاي اپتيكي در بدترين حالت يعني پستان با بيشترين حجم ممكن در داخل گنتري است. در اين حال بدترين اشعه در حالتي است كه مماس بر لبه‌هاي پستان گذشته و به دتكتور برسد كه در اين حال محاسبات دقيقي براي قرار گيري دتكتور لازم است . در اين حال منحني پاسخ دتكتور داراي يك لبه بالا و پايين و دو سر تيز است كه دو سر تيز بيانگر  عبور نور به صورت مماس و حالت نمايي براي عبور نور از مركز پستان است كه در شكل نشان داده شده است.‏

تصوير5) كاليبراسيون دتكتورها در داخل گنتري براي بدترين ابعاد پستان به همراه نمودار پاسخ دتكتور در اين گنتري

همانگونه كه در تصوير 5 مشاهده مي‌شود، با عبور نور ليزر از مركز شعاعي پستان نور انرژي خود را به علت شكست يا جذب از دست مي‌دهد پس دتكتور مستقيم نسبت به منبع انرژي كمتري در مقايسه به دتكتور در مجاورت منبع جذب مي‌كند كه در آرايش دتكتورها بايد به اين نكته در بهينه استفاده كردن از آشكار سازها دقت كرد.‏

نحوه ورود تصاوير به رايانه
در اين حال خروجي سنسور كه به صورت آنالوگ است به يك مدار نگهدارنده داده مي‌شود سپس با اتصال به يك مالتي پلكسر به صورت ديجيتال در آمده و به حافظه رايانه منتقل مي‌شود.‏

اطلاعات تصوير براي پردازش به صورت ديجيتال در آمده و از فضاي دكارتي به فضاي قطبي ‏‎ ‎برده مي‌شود. در خروجي تصوير سينوگرام به صورت تصوير 6 رسم مي‌شود. اين تصوير داراي يك لايه اغتشاش به خاطر پديده تفرق و انعكاس است كه اين تابع اغتشاش با تفريق مقدار محاسبه شده سيگنال از روي دتكتور از شار محاسبه شده از روي شدت نور ليزر و شعاع گنتري پستان قابل محاسبه و حذف است.
با دانستن مقدار اندازه گيري شده و محاسبه مقدار واقعي، ميزان اغتشاش قابل محاسبه و حذف خواهد بود.‏

بازسازي تصاوير و تشخيص صحيح
جهت به دست آوردن و شبيه سازي تصاوير مقطعي بافت پستان از نرم افزار ‏MATLAB‏ استفاده شده است. در اين روش در مقطع كاملاً يكسان، فقط يكي داراي يك توده در نظر گرفته شده است. با محاسبه و اعمال تابش به صورت كلي وجود تومور يا توده نامشخص در قطاع بافت پستان نسبت به حالت اوليه قابل تشخيص هستند.‏
نكته مهم در تشخيص تومورهاي پستان در اينگونه تصاوير تشخيص حالت بينابيني خون و تومور و رگ به تنهايي از ديد پزشكي است زيرا در هر دو حالت جذب توسط خون انجام مي‌شود. در حل اين مشكل از فيلتر‌هاي ‏HIS‏ استفاده كه در اين حالت با تغيير حد اشباع رنگ ها در تصاوير جزييات تومورها به صورت واضح مشخص مي‌شود ولي اطلاعات لبه‌ها در بافت كلي پستان به هم مي‌خورد كه در اين حال چون تشخيص  بافت تومور مهم است تغييرات در لبه‌ها اهميت چنداني ندارد.‏

مشكلات  و نتيجه گيري از تصاوير ليزر ماموگرافي
اين تصاوير به تنهايي قابل تشخيص نيستند و احتمال تشخيص به تنهايي از روي اين تصاوير مشكل است، به همين دليل اين تصاوير به صورت تلفيقي با تصاوير سونوگرافي, ‏MRI‏ و اشعه ايكس ماموگرافي استفاده مي‌شود و بيشتر امروزه از جنبه‌هاي تحقيقاتي به عنوان مثال درگير شدن پوست بافت پستان با توده سرطاني بررسي پروتزهاي جايگذاري شده در پستان و... استفاده مي‌شود . هزينه خريد اين دستگاه هم بسيار بالا است به طوري كه امكان خريد آن براي مراكز تصويربرداري عادي مشكل است و بيشتر براي مراكز تحقيقاتي كاربرد دارد.‏
يكي از مشكلات دستگاه سي تي ليزر ماموگرافي عدم اسكن دو پستان در يك لحظه است اين مسأله به نوبه خود داراي يك اشكال است كه بررسي در يك واحد براي دو پستان صورت نمي‌گيرد.
ليزر از يك نقطه توليد مي‌شود و به بافت پستان برخورد مي‌كند كه چرخش در شكل حول نقطه چين نمايش داده شده است. در حركت از سينه تا نوك پستان هر چه به سمت نوك پستان پيش برويم شدت اشعه ثبت شده در دتكتور بيشتر خواهد بود و در زماني كه شدت اشعه دريافتي با ورودي يكسان شود سيكل اسكن خاتمه پيدا خواهد كرد.
هنگامي که بافت پستان در داخل گنتري قرار مي گيرد ديواره پستان كه به طرف سر قرار دارد حالت متقارن با طرف كه در سمت مخالف قرار دارد، ندارد. اين در حالي است كه در اسكن كردن آن را به صورت يك دوار فرض مي‌كنيم و بدين صورت در سيستم تصويرگر مقداري خطا ايجاد مي‌شود كه از آن صرف نظر مي‌كنيم زيرا در برخي نواحي ليزر در بافت بيشتر نسبت به طرف ديگر نفوذ مي‌كند. در حالت واقعي پستان به صورت زير است در اين حال شعاع قرار گيري ليزر و دتكتور‌ها در سمت سر نسبت به پا بيشتر است زيرا در اين حالت ديواره پستان در هر دو طرف به صورت متقارن نيست. كه اين موضوع در قطاع‌هاي مختلفي از پستان از سينه تا نوك پستان در شكل‌هاي زير مشاهده مي‌شود.
‏

تصوير1) نمودار ضريب جذب ليزر در بافت بر حسب طول موج.‏
تصوير2) قرار گيري پستان در گنتري و فضاي داخلي گنتري.
‏
تصوير 3) قرار گيري لنز و فيلتر اپتيكي قبل از دتكتور به همراه نمودار پاسخ اپتيكي سنسور براي اين لنز و فيلتر.‏

تصوير 4) قرار گيري لنز و فيلتر اپتيکي قبل از ديتکتور به همراه نمودار پاسخ اپتيکي سنسور براي اين لنز و فيلتر.
‏
تصوير5) قرار گيري ديتتكتور‌ها بر حسب انرژي.
تصوير6) نحوه ورود اطلاعات به رايانه و سينوگرام با اغتشاش تصوير ليزر ماموگرافي
‏
تصوير7)شكل رديف اول شبيه سازي قطاع عادي و شامل تومور در ‏MATLAB‏ و شكل رديف پايين  باز سازي يك نمونه تصوير ليزر ماموگرافي از نوع مقطعي با استفاده از نرم افزار ‏MATLAB
تصوير9) تشكيل تصوير با فيلتر ‏HIS‏ و مشخص شدن منحصر تومور
تصوير10) نماي كلي تخت و شيار قرار گرفته بر روي تخت‏

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۸۳