پزشکی بالینی

در گاماكمرا چه مي گذرد!

هر‌گاه راديوگرافي با اشعهِ X از برخي بافت هاي مختلف به دليل نزديكي چگالي و ضخامت آن بافت‌ها نتواند كنتراست كافي براي تشخيص ايجاد كند از مواد حاجب استفاده مي‌شود. حتي در چنين حالتي نيز جزئيات برخي از اندام‌ها نظير غدهِ تيروئيد و كبد نمي‌تواند از طريق راديوگرافي آشكار شود. علاوه بر اين استفاده از كنتراست مصنوعي در راديوگرافي موجب جابجايي يا تخريب ساختار طبيعي بافت مي‌شود و  بنابراين اطلاعات كافي به دست نمي‌آيد.

خوشبختانه استفاده از داروهاي راديواكتيو مي تواند راديوگرافي را كامل كند. به طور كلي در تكنيك‌هاي راديوايزوتوپي چون مقادير مختلفي از جسم راديواكتيو جذب مي‌شود مي‌توان اندازه، شكل و موقعيت يك اندام يا فضاي اشغالي تغيير جسم بافت را نسبت به محيط اطراف يا توزيع بعضي مواد در اندام را بررسي كرد.
از آنجا  كه تكنيك‌هاي راديوايزوتوپي بلافاصله هر گونه تغيير فعاليتي را آشكار مي‌كنند، قادر هستند شرايط پاتولوژيك راخيلي زودتر از تكنيك‌هاي ديگر آشكار كنند.
در گذشته براي اندازه گيري و تعيين جزئيات توزيع يك ماده در سيستم موردنظر از شمارنده سنتيلاسيوني (جرقه‌زن) كه بجز يك روزن كوچك به خوبي با سرب پوشيده شده و در يك لحظه فقط قسمت كوچكي از بدن را مي بيند‌ استفاده مي‌شد. اين شمارنده بر روي اندام مورد نظر به آرامي  و در خط راست به طرف جلو و عقب حركت مي كرد و از اين طريق تمام منطقه اسكن مي‌شد.
Scanning با آشكارسازي هايي كه اشاره شد، به خاطر آن كه بايد در سطح بدن بيمار بر روي موضع حركت كنند، مدت زيادي به طول مي‌انجاميد، از اين رو اغلب از آشكارسازهاي سنيتلاسيون آنژه (يا دوربين گاما) استفاده مي‌شود كه در سال 1985 توسط آنژه براي تصويربرداري ساخته شد.
در ابتدا از آشكارسازي‌هاي آنژه‌اي كه قطر ميدان ديد آن‌ها تقريبا cm25 بود استفاده مي شد. ولي در سال هاي اخير اين ميدان وسيع تر شده و كريستال هاي با قطر قابل استفادهِ تا cm60  و بيشتر نيز تهيه شده اند. اين افزايش ابعاد ميدان ديد، به همراه بهبود قدرت تفكيك و سرعت سيستم، آشكارسازهاي سنتيلاسيون را يك دستگاه تشخيصي هميشگي ساخته است.
نحوه تصويربرداري  ‌
در ابتدا به بيمار يك راديوايزوتوپ تزريق مي شود‌، پس از مدتي مادهِ راديوايزوتوپ توسط عضو مورد نظر جذب و شروع به تابش اشعه گاما مي كند فوتون هاي تابش شده از عضو موردنظر به كليماتور برخورد كرده و كليماتور آن دسته از پرتوهاي گامايي را كه به موازات حفره هايش حركت مي كنند به طرف كريستال عبور مي‌دهد، با برخورد پرتوها به كريستال،كريستال شروع به جرقه زدن مي كند شكل (1).          ‌
در واقع اين عمل كليماتور موجب مي‌شود كه جرقه هاي نوراني در كريستال، تصويري از توزيع راديوايزوتوپ در زير آن را، ايجاد كنند. تعداد اشعه گامايي كه به هر نقطه از كريستال مي‌رسند مستقيما متناسب با مقدار راديوايزوتوپ موجود در ناحيه پايين آن است.
 ‌اشعه‌هايي كه در جهتي غير از كليماتور حركت مي‌كنند و آن‌هايي كه به سرب آن برخورد مي‌كنند در ايجاد تصوير نقشي ندارند. همچنين اگر پرتوي بدون آنكه جذب كليماتور و كريستال شود از ميان آن‌ها عبور كند تصويري توليد نمي‌كند.
بنابراين ديده مي شود كه فقط درصد كمي از اشعهِ گاماي نشر شده توسط اندام نشاندار، آشكار مي‌شوند و ايجاد تصوير مي‌كنند. با جذب اشعهِ گاما در يك نقطه از كريستال فوتون هاي نوراني توليد مي‌شوند كه شدت آن‌ها مستقيما متناسب با انرژي اشعه گاماي جذب شده است.
موقعيت جرقه هاي نوراني توسط لامپ هاي فتومولتي پلاير (PM)‌ كه در پشت كريستال قرار مي گيرند، تعيين مي‌شود. به اين صورت كه تيوب هاي PMT نور توليد شده در كريستال را به پالس هاي الكتريكي تبديل مي‌كند.
يك لايه شفاف ميان كريستال و لامپ هاي PM قرار دارد تا بين آن ها ارتباط اپتيكي برقرار كند. مشخصهِ اپتيكي اين لايه اثر خيلي مهمي در قدرت تفكيك و يكنواختي ميدان اين نوع آشكار سازها دارد. در مرحله بعد مدار الكترونيكي تعيين مكان، موقعيت پالس‌ها را تشخيص داده و آن را به بورد پردازش مي‌فرستد. بورد پردازش، پس از اعمال پردازش‌هاي موردنياز بر روي سيگنال‌هاي دريافتي آن را براي نمايش به مانيتور كامپيوتر مي فرستد و به اين ترتيب تصوير عضو موردنظر بر روي صفحهِ مانيتور نمايش داده مي شود.

 ‌بلوك دياگرام گاماكمرا
در شكل (2) بلوك دياگرام گاماكمرا نمايش داده شده است. گاماكمرا به طور كلي شامل دو قسمت سر (Gantry)‌ و كنسول است. سر دستگاه به عنوان آشكار ساز اشعهِ گاما است و شامل اجزايي است كه در شكل ديده مي شود.
 ‌اين قسمت اشعه گاماي ورودي را جذب و علايم الكتريكي مطابق با همان محل‌هايي كه جذب انجام شده توليد مي‌كند واين علايم را به كنسول مي‌فرستد.
 ‌در كنسول علايم ياد شده به طور الكترونيكي ظاهر مي شوند و در جهت ايجاد تصوير بر روي صفحه مانيتور به كار مي‌روند.    

 ‌سر(Gantry)‌
در شكل (3) قسمت سر (Gantry)‌ گاماكمرا با جزئيات بيشتري نشان داده شده است كه در ادامه به شرح تك‌تك جزئيات آن مي‌پردازيم:

كليماتور
كليماتور معمولا شامل قطعات خيلي بزرگ سربي است كه داراي روزن هايي است اين روزن‌ها به موازات هم قرار گرفته‌اند و طوري ساخته شده كه فقط پرتوهايي را كه به موازات روزن ها حركت مي كنند، عبور مي دهد. در واقع پرتوهاي نشر شده از عضوي كه مادهِ راديواكتيو را جذب كرده به كليماتور برخورد مي كنند و از آن طريق به كريستال مي‌رسند. به عبارت صحيح عمل كليماتور در اينجا نظير استفاده از گريد در سيستم‌هاي تصويري اشعهِ X است و اشعه‌هايي كه در جهات غيرموازي با حفره ها حركت مي‌كنند و يا به سرب برخورد مي كنند در ايجاد تصوير دخالتي ندارند.
دتكتور يا كريستال ‌
كريستال هاي مورد استفاده انواع مختلفي دارند كه كريستالي كه معمولا مورد استفاده قرار مي گيرد (Na)‌ از يدورسديم تشكيل شده است كه مقدار كمي ناخالصي تاليم به همراه دارد. اين جسم به نور حساس است و با جذب اشعهِ، فوتون‌هاي نوراني تابش مي كند. اين فوتون ها طول موجي در حدود nm410 دارند كه در انتهاي پايين طيف مرئي است.

 ‌با كشف نيمه هادي cdZnTe مي توان مراحل توليد تصوير را به صورتي كه در شكل 4 نشان داده شده كاهش داد.

  نوع ديگري از كريستال starbrite است. در اين نوع كريستال شيارهايي وجود دارد، شيار دار كردن كريستال باعث مي شود كه اندازه كانون نوري روي PMT ها كاهش يابد‌، پراكندگي كانون نوري روي شيشه كم  شود، تداخل بين جرقه ها كاهش يابد و در نهايت باعث مي شود كه تعداد PMT مورد استفاده كمتر شود و اين مساله خود باعث بهتر شدن رزولوشن انرژي مي شود.
فوتومولتي پلاير
در شكل 5 تيوب (PM‌) فوتومولتي پلاير مشاهده مي شود.                  ‌
همانطور كه مشاهده مي شود اين تيوب شامل: فتوكاتد، منبع تغذيه ولتاژ بالا(تقويت كننده الكترون) و در نهايت قسمت خروجي است.

 جزئيات بيشتر مربوط به منبع تغذيه ولتاژ بالا در شكل (6) نشان داده شده است.

 وقتي فوتوني جذب كريستال شده و جرقه نوراني ايجاد مي شود، هر لامپ PM يك پالس خروجي جريان توليد مي كند ( شكل 7 ).

 بنابراين لامپ هاي PM نظير مبدل نور مرئي به جريان الكتريكي عمل مي كند.
 ‌دامنهِ پالس هر لامپ مستقيما متناسب است با مقدار نوري كه فتوكاتد آن دريافت كرده است نور حاصله در لايه فتوكاتد فتومولتي پلاير به تعدادي الكترون هاي كم انرژي تبديل مي شود. فتوكاتد از مادهِ BIALKALI نظير سزيوم آنتي‌مون ساخته شده است و سطح داينودها از مواد مشابهي پوشانيده شده اند و پتانسيل مثبت روي هر داينود مرتباً افزايش مي يابد.
 ‌سپس الكترون هاي منتشره از فتوكاتد در طول فتومولتي پلاير از يك داينود به داينود بعدي با اختلاف پتانسيل كلي حدود V2000 شتاب مي‌گيرند. با برخورد هر الكترون به سطح داينود دو يا سه الكترون از آن تابش مي شود‌ در نتيجه بهره تقويت افزايش مي يابد. در نهايت جريان خروجي فتومولتي پلاير را مي توان به مدار تقويت كننده داد، تا در وسايل اندازه‌گير توان، مقياس ها يا صفحهِ نمايش استفاده شود. آن لامپ هايي كه نزديك نقطهِ توليد كننده نور باشند. بزرگ ترين پالس ها و آن ها كه از آن دور هستند علايم كوچكي ايجاد مي كنند  در نتيجه هر تيوب متناسب با ميزان نزديكي به جرقه، پالس الكتريكي توليد مي‌كند، اين پالس ها به قسمت تعيين موقعيت رفته و اين قسمت موقعيت نور سنتيلاسيون را بر حسب محورهاي X, Y محاسبه كرده و همچنين روشنايي آن را بر حسب Z يا محور دامنه، E(‌ انرژي) تعيين مي‌كنند.
در بعضي موارد پالس هاي خروجي آن قدر كوچك هستند كه در پارازيت هاي الكتريكي معمولي لامپ PM گم مي شوند و بنابراين از نظر تصويري هيچ كاربردي ندارند.
 ‌كسب ‌اطلاعات
در شكل 8  بلوك دياگرام كلي قسمت كسب اطلاعات رسم شده است. همانطور كه مشاهده مي شود، پس از برخورد فوتون به كريستال ، عمل جرقه زني انجام شده و در نهايت نور حاصل از طريق PMT به جريان الكتريكي تبديل مي شود، خروجي اين قسمت به تقويت كننده APM و كنترل كننده بهره مي رود. خروجي حاصل شامل  E, Y-,Y+,X-,X+‌ است كه نشان دهنده موقعيت مكاني و شدت انرژي پرتوهاي آشكار شده است و در اين قسمت پردازش نهايي بر روي اين داده ها صورت گرفته وبه قسمت خروجي مي رود.             ‌
انواع رزولوشن
رزولوشن زماني
قابليت دوربين گاما در تفكيك زماني دو واقعه سنتيلاسيون را كه در كريستال رخ مي‌دهد  رزولوشن زماني آن مي نامند. كه در وسايل مختلف مقدار آن فرق مي كند و بر حسب تعداد شمارش در ثانيه محاسبه شده است  اين مساله در ارزيابي نحوهِ كار دوربين گاما در مطالعات عروق خوني با مواد راديواكتيو با راديواكتيويته بالا و سريع ، پارامتر مهمي محسوب مي شود.
رزولوشن انرژي
اين قابليت دوربين گاما به مفهوم آن است كه اين دوربين ها مي توانند براي آشكارسازي پرتو گاما با هر انرژي دلخواه، ضمن آنكه پرتوهاي با انرژي ديگر را حذف مي كنند، به كار برده شوند. اين كار توسط آناليزور ارتفاع پالس و توابع آن انجام مي شود، بدين ترتيب كه با حذف پرتوهاي زمينه و تصويربرداري به روش ايزوتوپ دو تايي به دنبال تزريق متوالي دو ماده راديو اكتيو با انرژي هاي مختلف صورت مي گيرد.
رزولوشن خاص
در رزولوشن خاص سيستم دو فاكتور كليماتور و ضخامت كريستال تاثير دارند. اندازه قطر و طول حفره هاي كليماتور در اين ميان تعيين كننده هستند به اين صورت كه افزايش در اندازه قطر حفره ها، منجر به افزايش حساسيت و كاهش رزولوشن مي‌شود و برعكس افزايش طول حفره ها منجر به كاهش حساسيت و افزايش رزولوشن مي‌شود.
 در مورد كريستال  مي توان گفت ‌، يك كريستال ضخيم تر پرتو بيشتري را جذب خواهد كرد كه باعث افزايش حساسيت و كاهش رزولوشن مي شود و يك كريستال نازك‌تر باعث مي شود حساسيت سيستم كاهش يافته و رزولوشن افزايش يابد.
اين رزولوشن با وسايل خاص اندازه گيري مي شودكه فانتوم هاي ميله اي ناميده مي‌شوند. اندازه گيري رزولوشن به اين روش بايد بدون كليماتور انجام شود چرا كه در غير اينصورت تداخل زيادي بين فانتوم ميله اي و كليماتور صورت مي گيرد.

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

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۹۷