دستگاه سی تی اسکن

 

 

دستگاه CTScan (Computerized Tomography Scan):

ردپای توموگرافی را از سال 1920 می توان در تحقیقات مختلفی که در این زمینه صورت گرفته پیدا کرد.

توموگرافی زمانی جدی گرفته شد که محاسبات آن توسط کامپیوترها Tomography )   (Computerized  انجام پذیرفت و اصطلاح توموگرافی کامپیوتری وارد عرصه علم و تجربه شد.

اساس توموگرافی کامپیوتری، بازسازی تصویر یک جسم با استفاده از نظاره های مختلف آن است.

در توموگرافی کامپیوتری با استفاده از محاسباتی که بر روی نظاره ها  انجام می شود، تصویری از یک برش جسم به دست می آید.

افزایش قدرت تفکیک فضایی، کاهش زمان اسکن، افزایش قدرت تفکیک رنگ و تغییرات در توانایی تیوب ها امکان اسکن تمامی بدن با کیفیت بالا را فراهم می آورد.

افزایش توانایی های الکترونیکی و مکانیکی دستگاه ها، امکان انجام  تصویربرداری های دینامیکی(گرفتن تصاویر پیاپی و سریع برای

بررسی دینامیکی عملکرد برخی اعضای بدن) در تمامی جهات را فراهم ساخته است.

 

یک دستگاه سی تی اسکن از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

  1. گنتری Gantry
  2. تخت بیمار Platform
  3. کنسول کاربری
  4. ژنراتور ولتاژ بالا

 

-1  گنتری (Gantry)

اصلی ترین و مهم ترین بخش دستگاه است که مجموعه تیوب اشعهX  و (detectors) آشکارسازها در آن قرار دارند

گنتری دارای دو بخش کلی است:

١. قسمت دوار

مجموعه تیوب و آشکارسازها و ضمایم آنها در قسمت دوار قرار دارند.

٢. قسمت ثابت

  • کلیه مدارات رابط و مسیرهای  ارتباطی بین بخش دوار با بخشهای دیگر در این بخش است.
  • اشعه x  توسط کالیماتوری که بلافاصله بعد از تیوب قرار گرفته است محدود شده و شکل گرفته می شود.
  • کالیماتور معمولاً ضخامت اشعه را تغییر می دهد ضخامت اشعه در دستگاه های مختلف از 1 تا mm 40 قابل تنظیم است.
  • تعدادی از فوتون های تشکیل دهنده اشعه  x در داخل جسم متوقف شده و تعدادی دیگر موفق می شوند که از جسم عبور کنند.
  • فوتون های عبور کرده از جسم به آشکارسازها  می رسند و در آنجا تبدیل به سیگنال الکتریکی می شوند.

 

انواع آشکارسازها:

آشکارسازهایی که معمولاً در دستگاه سی تی اسکن استفاده می شوند:

آشکارساز گازی

آشکارسازهای حالت جامد

 

آشکارساز گازی:

مجموعه آند و کاتد در این آشکارساز تشکیل یک شبه خازن را می دهد که  الکترولیت این خازن، گاز فشرده ای است که عموماً از عناصر بی اثر تشکیل شده است.

در اثر ورود فوتون ها به محدوده داخل آشکارساز، اتم های گاز یونیزه شده و به  صورت یک الکترون آزاد و یک یون مثبت در می آید و الکترون به علت بار منفی اش به سمت قطب مثبت و یون به سمت قطب منفی حرکت کرده و باعث خنثی شدن بار اولیه صفحات مثبت و منفی می شود.

به هر میزان که یونیزاسیون بیشتری اتفاق افتد، بار صفحات بیشتر تحت تأثیر قرار گرفته و جریان قوی تری برقرار می شود.

با اندازه گیری جریان برقرار شده، شدت اشعه ورودی به آشکارساز مشخص می شود.

 

آشکارساز حالت جامد:

عمدتاً در سی تی اسکن ها از آشکارسازهای سوسوزن Detectors)  Scintillation ) استفاده می کنند

فوتون های اشعه x پس از برخورد به کریستال های سوسوزن،  تبدیل به فوتون های نوری می شود و این فوتون های نوری به روشهای مختلفی آشکار می شوند.

با تاباندن این فوتون ها به یک فوتودیود نیمه هادی سیگنال الکتریکی تولید شود.

مشخصه آشکارسازهای سوسوزن بهتر از آشکارسازهای گازی است و امروزه در تمامی دستگاه های سی تی اسکن از این نوع آشکارسازها استفاده می شود.

 

چرخش قسمت دوار گنتری:

هر زاویه ای که در آن نمونه برداری می شود، یک نظاره view گویند.

تعداد view ها در در یک دوران کامل ثابت است و آنچه باعث تغییر در نرخ نمونه برداری می شود، سرعت چرخش گنتری است.

هرچه سرعت چرخش گنتری بیشتر باشد، سرعت نمونه برداری  بیشتر شده و باعث می شود که زمان اسکن کوتاه تر شود.

در این حالت کیفیت تصاویر پایین آمده و علاوه بر آن دوز دریافتی  بیمار به علت کوتاه بودن زمان هر اسکن، کاهش می یابد.  

سرعت چرخش گنتری متناسب با نوع و محل تصویربرداری، توسط کاربر قابل تعیین است.

به علت سریع بودن آشکارسازهای حالت جامد امکان افزایش view  ها به وجود آمده است.

امروزه تعداد viewها در هر دوران کامل به بیش از 1400 رسیده است.  بنابراین جسم از 1400 زاویه مختلف مورد مشاهده قرار

می گیرد.   

پس از تقویت و تصحیح سیگنال از جمله حذف  offsetو...  اطلاعات آنالوگ به دست آمده به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال  (A/D) سپرده می شود.

اطلاعات تمامی آشکارسازها در تمامی  view ها تبدیل به عدد شده و پشت سرهم قطار شده و با ترتیب خاصی به سمت بخش پردازش تصاویر ارسال می شود.

 

مواردی که سازندگان دستگاه سی تی اسکن با آن موجه هستند:

  • گنتری با چه سرعتی بچرخد؟
  • در تمام طول دوران، سرعت آن ثابت باشد.
  • تا حد ممکن چرخش این بخش بسیار سنگین موجب لرزش نشود.

این مقوله منجر به تغییر اساسی در سی تی اسکن ها و تبدیل سی تی اسکن های قدیمی به سی تی اسکن های (conventional) مارپیچی (spiral) شد.

 

تفاوت سی تی اسکن های قدیمی نسبت به مارپیچی:

چون کابل ها و اتصالاتی از خارج گنتری و قسمت ثابت وارد  قسمت دوار می شود، امکان چرخش بیش از حد در سی تی اسکن های قدیمی وجود نداشت.

در سی تی اسکن های قدیمی اجباراً تصاویر یکی در میان با  چرخش گنتری در جهت عقربه های ساعت و خلاف آن انجام می شد.

در تکنولوژی های جدیدتر، با استفاده از جاروبک های لغزان این  مشکل برطرف گردید.

در حال حاضر در نوع مارپیچی، امکان چرخش در یک جهت به  صورت نامحدود به وجود آمده و در نتیجه سرعت نیز افزایش یافته است و علاوه بر آن امکان تصویر برداری مارپیچی نیز فراهم گردیده است.

سرعت های متفاوتی برای چرخش گنتری  در نظر گرفته شده از حدود 3/0 ثانیه  تا 5 ثانیه بر دور، بازه سرعتی است که ,می تواند توسط کاربر تغییر کند .

 

 تغییر زاویه گنتری:

بخش مکانیکی در گنتری سی تی اسکن تعبیه شده  است که می تواند کل مجموعه گنتری را زاویه بدهد

تا بتوان به صورت اریب توموگرافی انجام داد.

عمدتاً این سیستم به صورت هیدرولیک طراحی می شود.

زوایای گنتری از 30 + تا 30 - درجه قابل تغییر است

 

 تعداد و شکل آشکارسازها:

از این لحاظ سی تی اسکن ها را به دو نوع کلی تک  (Single Slice)و چند ردیفی (Multi Slice) تقسیم می کنند  .

مدل تک ردیفی  (Single Slice) دارای یک ردیف آشکارساز است که تعداد این آشکارسازها در مدل های مختلف تا حدود 1000 تا هم می رسد. در چنین حالتی به ازای هر دوران کامل گنتری، یک تصویر ساخته می شود, ضخامتی که تصویر از آن تهیه می شود توسط کالیماتور تعیین می گردد

حداکثر ناحیه اسکن شده به ازای هر دوران کامل گنتری، همان حداکثر ضخامت است که عمدتاً معادل10 mm است.

 

تعداد و شکل آشکارسازها:

در سی تی اسکن های چند ردیفی (Multi Slice), مجموعه آشکارساز دو ردیفی، چهار ردیفی، هشت ردیفی، شانزده ردیفی و بالاتر است.

تفاوتی که سی تی اسکن های تک ردیفی با چند ردیفی دارند، تعداد تصویری است که به ازای هر دوران کامل به دست می آید.

به عنوان مثال با هر دوران گنتری در یک سیستم شانزده ردیفی، شانزده  تصویر به دست می آید.

در سی تی اسکن های چند ردیفی آنچه ضخامت تصویر را تعیین  می کند، آشکار ساز است نه کالیماتور.

به عنوان مثال در سی تی اسکن های 64 ردیفی با توجه به اینکه ضخامت هر ردیف از آشکارسازها 625/0 میلی متر است، ناحیه  ای که در یک چرخش گنتری اسکن می شود (64×625/0) 40 میلیمتر است .

امروزه رقابت شرکت های تولیدکننده دستگاه سی تی اسکن روی بالاتر بردن تعداد ردیف آشکار سازها می باشد.

 

 -2 تخت بیمار:

وظیفه عمده تخت، حرکت دادن بیمار در زمان اسکن است .چهار جهت حرکت تخت شامل حرکت به سمت گنتری و در جهت دور  شدن از گنتری و بالا و پایین شدن تخت است.

ارتفاع تخت قبل از شروع اسکن تعیین می شود و در زمان اسکن تخت بالا و پایین نمی شود.

کاربر باید ارتفاع تخت را به گونه ای تنظیم کند که ناحیه مورد نظرش در مرکز دایره گنتری قرار بگیرد.

میزان مانور تخت در جهت افقی در حدود 2 متر و در جهت عمودی 1 متر است.

جنس رویه تخت باید دارای حداقل ضریب تضعیف فوتونی باشد و معمولاً از جنس فیبرهای کربنی است.

 

 -3 کنسول کاربری یا کنسول گنتری:

در دستگاه های قدیمی بخش کنترل مرکزی و کامپیوتر اصلی و  قسمت پردازش تصاویر به طور جداگانه در کابینت های مستقلی تعبیه می شدند، ولی امروزه تمامی این اجزاء در داخل کنسول قرار داده شده است.

کنسول کاربر علاوه بر کنترل کل سیستم سی تی اسکن، وظیفه پردازش اطلاعات وارد شده از واحد دریافت داده  (DAS) و بازسازی تصاویر را به عهده دارد.

علاوه بر آن واسط ای است بین سیستم و کاربر به گونه ای که کاربر تمامی فرامین مورد نظر خود اعم از مشخصات اسکن شامل میزان mA,Kv,سرعت اسکن، ضخامت اشعه و یا ضخامت تصویر، ناحیه ای که  تصویر باید از آن گرفته شود و غیره را از طریق آن انجام می دهد.

 

انواع اسکن در دستگاه CT scan :

  1. پایلوت اسکن (Pilot Scan)
  2. اسکن محوری (Axial Scan)
  3. اسکن مارپیچی یا Helical scan))

 

-1  پایلوت اسکن (Pilot Scan):

در این نوع اسکن گنتری دوران نمی کند و مجموعه تیوب و آشکارساز به طور ثابت در زاویه ای که کاربر تعیین کرده است، می

ایستد و تنها تخت است که در تمام مدت اشعه دهی حرکت می کند.

در این نوع اسکن تصویر به دست آمده، مشابه تصویر رادیولوژی  است، چون تنها شمایی از بدن از یک جهت مشاهده می شود.

تصاویر این نوع اسکن چندان جنبه تشخیصی ندارند و تنها به کاربر کمک می کنند که به سیستم، محل مورد نظری که باید توموگرافی شود، اعلام کند.

(Axial Scan) -2  اسکن محوری:

در تصویربرداری محوری یا  slice by slice تخت حرکتی ندارد و گنتری به دور ناحیه مورد نظر یک دوران کامل کرده و از آن ناحیه

یک تصویر تولید می کند.

سپس تخت به طور اتوماتیک حرکت کرده و عملیات تصویر برداری محوری تکرار می شود تا تصاویر از برشهای مختلف بدن به دست آید.

(Helical Scan) -3  اسکن مارپیچی:

در این نوع اسکن تخت و کنتری به طور همزمان در اسکن حرکت می کنند تا تیوب و آشکارساز به صورت مارپیچی دور بیمار بچرخند.

این روش تصویربرداری تنها در سی تی اسکن های اسپیرال امکان پذیر است.

در شکل زیر تفاوت تصویربرداری محوری شکل A  با تصویر برداری مارپیچی شکل B نشان داده شده است.

 

 

 

مراحل عملکردی دستگاه CTScan:

مراحل عملکردی دستگاه سی تی اسکن را می توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد:

  1. (Data Acquisition System)  دریافت داده ها
  2. (Data Processing)  پردازش داده ها
  3. (Image Display)  نمایش تصاویر
  4. ذخیره سازی و مستندسازی اطلاعات

(Data Acquisition) -1  دریافت داده ها:

دریافت داده ها به جمع آوری سیستماتیک اطلاعات از بیمار برای تولید تصویر گفته می شود.

دو روش برای دریافت داده ها در دستگاه های سی تی اسکن وجود دارد:

  • روش Slice-by-Slice
  • روش حجمی

 

  روش Slice-by-Slice

در این روش تیوب اشعه  x یک دوران به دور بیمار انجام داده و اطلاعات جمع آوری می شود. سپس تیوب متوقف شده و بیمار یک گام توسط تخت حرکت داده شده و در موقعیت جدید مجدداً تیوب یک دوران دیگر انجام می دهد و این فرایند ادامه می یابد تا تمام مقاطع مورد نظر تصویربرداری شوند.

در دستگاه های قدیمی از این روش جهت دریافت داده ها استفاده می شد.

روش حجمی

در این روش به جای تصویر برداری از یک مقطع در هر مرحله، حجمی از بدن در یک مرحله تصویربرداری می شود.

در طول اسکن، تیوب اشعه  x و آشکارسازها به دور بیمار دوران می کنند تا از زوایای مختلف اطلاعات جمع آوری کنند.

در دستگاه سی تی اسکن نسبت شدت اشعه عبورکرده به شدت اشعه اولیه است که در واقع همان میزان تضعیف اشعه خواهد بود.

این مقدار اندازه گیری شده، به کامپیوتر ارسال شده و به عنوان داده های خام ذخیره می شود.

 

3- نمایش تصاویر(Image Display)

در این بخش بر اساس فاکتور کنتراست اعداد سی تی تبدیل به سطوح خاکستری(gray scale)    قابل فهم توسط کاربر خواهند شد.

 

 

 

  -4 ذخیره سازی و مستندسازی اطلاعات

بعد از بازسازی تصاویر با تعداد سطوح خاکستری و رزولوشن (تعداد پیکسل) مورد نیاز پزشک، لازم است این تصاویر ذخیره و مستند سازی شوند تا در مراجعات بعدی بیمار قابل استناد و بررسی باشند.

با توجه به توسعه روزافزون کامپیوتر، مستند سازی و ذخیره سازی اطلاعات به صورت دیجیتال بسیار ساده تر و به صرفه تر از مستندسازی و ذخیره سازی تصاویر سی تی اسکن به صورت دستی و فیزیکی است.