به مارکوپکس خوش آمدید

انواع دستگاه سی تی اسکن

چکیده مقاله

آنچه در این مقاله خواهید خواند:
انواع دستگاه سی تی اسکن و نسل‌های مختلف آنها را در این مطلب مورد بررسی قرار می‌دهیم. چنانچه که در مقاله سی تی اسکن چیست توضیح داده شد، این روش تصویربرداری پزشکی، جزء روش‌های پیشرفته پزشکی برای تشخیص به حساب می‌آید. از زمان بکارگیری اولین دستگاه سی تی اسکن در اوایل دهه ۷۰ میلادی، تغییرات زیادی روی این دستگاه‌ها انجام شده است. در نتیجه اعمال این تغییرات ۷ نسل مختلف از دستگاه‌های سی تی اسکن تولید شده است. هر نسل از این دستگاه‌ها منحصر به فرد است و تفاوت دستگاه‌ها در قرارگیری تیوب اشعه ایکس، دیتکتورها و نحوه حرکت آنها نسبت به یکدیگر تعریف می‌­شود.

نسل­‌های مختلف دستگاه سی تی اسکن:

نسل اول: چرخشی/جابجایی، سیستم پرتو خطی (Pencil Beam)

در اوایل دهه ۷۰ میلادی گادفری هاونسفیلد با کمک کمپانی EMI (صنایع پزشکی و الکتریکی) موفق شد اولین دستگاه سی تی اسکن را به بهره برداری برساند. اولین سی تی اسکن‌ها تنها برای اسکن سر به کار می‌رفتند و با سیستم چرخش/جابجایی کار می‌کردند که شامل یک پرتو اشعه ایکس بود که پرتو خطی (Pencil Beam) خوانده می­‌شد. پرتو خطی از هندسه پرتو موازی استفاده می­‌کرد. برای تولید چنان پرتو نازکی از فوتون‌های اشعه ایکس در نسل اول، از موازی ساز با سوراخ بسیار ریز استفاده می­‌شد تا تنها یک دسته موازی اشعه ایکس به بیمار اصابت کند. همچنین در این نسل تنها دو دیتکتور در آنطرف بیمار، روبروی تیوب اشعه ایکس تعبیه شده بود. به این ترتیب دیتکتورها تنها می‌توانستند پرتوهایی که از دو برش از بدن بیمار  رد شده‌اند را اندازه بگیرند. بنابراین برای بدست آمدن تصویر کلی از آن اندام، تیوب و دیتکتورها به صورت خطی حرکت می‌کردند تا برش‌های بیشتری اندازه گیری شوند و پس از آن موقعیت تیوب تغییر می­‌کرد و حول اندام مورد نظر می‌چرخید تا تصویر از زوایای مختلف برداشت شود. علی رغم عملکرد خوب این نسل، مشکل اصلی این سری از دستگاه سی تی اسکن، نیاز به جابجایی خطی و چرخش تیوب و دیتکتورها، و در نتیجه زمان بسیار طولانی تصویربرداری و پردازش تصاویر بود.  

نسل دوم: چرخشی/جابجایی، سیستم پرتو فن باریک (Narrow Fan Beam)

به امید کاهش زمان انجام سی تی اسکن سر، اولین تغییر عمده در دستگاه‌های سی تی اسکن لحاظ شد. به این منظور فن نازک اشعه ایکس در دستگاه تعبیه شد که زاویه حدوداً ۱۰ درجه داشت و در نتیجه نیازمند مجموعه‌ای خطی از ۳۰ دیتکتور بود که نسبت به ۲ دیتکتور نسل اول جهش عظیمی محسوب می­‌شد. بنابراین زمان انجام سی تی اسکن به طور محسوسی کاهش یافت. هرچند که زاویه فن کم بود و تصویر برداری هنوز نیازمند جابجایی تیوب و دتکتورها بود اما زمان انجام سی تی اسکن پانزده برابر سریع­تر از نسل اول بود. مشکل نسل دوم سی تی اسکن‌ها این بود که با بالا رفتن تعداد دیتکتورها پراکندگی پرتوها افزایش می ­یافت (نسبت به ۲ دیتکتور نسل اول) و بنابراین وضوح تصاویر بدست آمده کاهش می‌یافت.  

نسل سوم:چرخشی/چرخشی، سیستم پرتو فن پهن

حرکت انتقالی نسل­‌های اول و دوم بسیار زمان بر بود. اکنون هدف طراحان کاهش زمان تصویر برداری به ۲۰ ثانیه و امکان اسکن سایر اعضای بدن بود. برای حذف نیاز به جابجایی خطی تیوب و دیتکتورها، استفاده از پرتو فن اشعه ایکس با پهنای زیاد مطرح شد. به این ترتیب امکان جمع آوری تصاویر از تمام برش‌ها به طور همزمان و نیز امکان چرخش آزادانه تیوب و دیتکتورها فراهم شد. پرتو فن سی تی اسکن‌های نسل سوم به ۴۰ تا ۶۰ درجه می‌رسد که همانند مورد نسل دوم، افزایش زاویه پرتو اشعه ایکس به معنای نیاز به مجموعه خطی بزرگتری از دیتکتورها بود. در این نسل تعداد دیتکتورها بین ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ واحد متغیر بود. بزرگترین مزیت نسل سوم کاهش قابل ملاحظه زمان سی تی اسکن بود. نسل سوم از دستگاه‌های سی تی اسکن دو عیب بزرگ داشتند: ۱- استفاده از ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ دیتکتور باعث می‌­شد دستگاه بسیار گران تمام شود. ۲- این دستگاه‌ها برخی تصاویر غیر واقعی خاص تولید می­‌کردند که بعنوان حلقه‌های مصنوعی (ring artifacts) شناخته شده‌اند. دلیل بروز این خطا تعداد زیاد دیتکتورها و عدم کالیبریشن در میان دیتکتورها است.  

نسل چهارم: سیستم چرخشی/ساکن

نسل چهارم دستگاه‌های سی تی اسکن صرفاً برای رفع مشکل حلقه‌های مصنوعی نسل سوم طراحی شدند. با حذف دتکتورها از بخش چرخشی و قرار دادنشان در یک حلقه ثابت حول بیمار مشکل عدم کالیبریشن دتکتورها حل شد. طراحی این حلقه ثابت منجر به افزایش دیتکتورها تا حدود ۵۰۰۰ واحد شد. با توجه به نوع طراحی این نسل که از فن اشعه ایکس و حلقه ثابت تشکیل شده بود به این نسل چرخشی/ساکن می‌گفتند.  

نسل پنجم: ساکن/ساکن، سیستم پردازش مقطع نگاری با استفاده از پرتو الکترونی

نسل پنجم دستگاه‌های سی تی اسکن بطور خاص برای تهیه تصاویر مقطع نگاری قلب طراحی شدند. به این دستگاه‌ها cine-CT scanners یا اسکنرهای پرتو الکترونی می‌گفتند. این اسکنرها هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این وجود، با توجه به سرعت و پیوستگی ضربان قلب، همواره تمایل به استفاده از دستگاهی با زمان عملیات کمتر وجود داشته است. پژوهشگران معتقد بودند که بهترین راه برای کاهش زمان تصویربرداری ساکن نگهداشتن اجزای دستگاه بود. بنابراین تمام اجزای دستگاه‌های نسل پنجم ساکن هستند. این اسکنرهای پرتوی الکترونی، به جای تیوب چرخشی یک تیوب بزرگ اشعه ایکس دارند که بیمار حین اسکن در داخل آن قرار می‌گیرد. در پشت بیمار، پرتو الکترونی ساطع می‌شود. پرتوهای الکترونی به صفحه هدف تنگستنی که محاط بر بیمار است برخورد می‌کنند. تعامل بین الکترون‌ها و صفحه تنگستنی پرتو اشعه ایکس ایجاد می‌کند. این اشعه ایکس از قفسه سینه بیمار عبور کرده و توسط دیتکتورهای موجود در آنسوی بیمار دریافت می‌شود. نقطه قوت این دستگاه‌ها سرعت بالا در تصویر برداری از قلب بود. اما بدلیل طراحی مخصوص برای قلب، بازار هدف این محصول کوچک بود. بنابراین قیمت آن بسیار بالا بود و از محبوبیت بالایی برخوردار نشد.    

نسل ششم: هلیکال یا مارپیچی

در دیتکتورهای نسل‌های قبل، حائل نگهدارنده پس از هر مقطع متوقف می‌شود بنابراین تصویربرداری فرآیند پیوسته‌ای نیست. همچنین برای بدست آوردن تصاویر، تیوب اشعه ایکس و دتکتورها پیوسته انرژی مصرف می‌کنند. برای تأمین این انرژی مداوم، دیتکتورها و تیوب با سیم به منبع برق متصل بودند. به همین دلیل لازم بود که در جای خود ساکن باشند. این مشکل در دهه ۹۰ میلادی با ظهور تکنولوژی حلقه متحرک در تصویربرداری پزشکی حل شد. از طریق این حلقه متحرک برق لازم برای تجهیزات فراهم می‌آمد و دیگر نیاز نبود که تجهیزات در جای خود ساکن باشند. با استفاده از این حلقه، حائل نگهدارنده می‌توانست دائماً حول تمام مقاطع بدن بیمار بچرخد و زمان اسکن کوتاه‌تر شود. این تغییرات منجر به توسعه نسل ششم دستگاه‌های سی تی اسکن شد که به نام سی تی هلیکال یا مارپیچی شناخته می‌شوند. نقطه ضعف اصلی دستگاه سی تی اسکن نسل ششم در ماهیت جمع آوری داده این دستگاه است. از آنجایی که داده‌ها بصورت مارپیچی تهیه می‌گردد امکان برداشت برش کامل وجود ندارد.    

نسل هفتم: مجموعه های خطی متعدد از دیتکتورها

جدیدترین نسل دستگاه‌های سی تی اسکن از مجموعه‌های خطی متعدد دیتکتورها و پرتو اشعه ایکس مخروطی شکل تشکیل شده است. بر خلاف پرتو خطی و پرتو فن، پرتو مخروطی از داخل یک موازی ساز باریک عبور نمی‌کند. بنابراین شدت پرتو اشعه ایکس اولیه چندان کم نمی‌شود. در نتیجه تعامل بهتر و مؤثرتری با مجموعه دیتکتورها دارد. برای استفاده از پرتو مخروطی شکل، مجموعه دیتکتورهای خطی نسل‌های قبل باید تغییر می‌کردند. در این نسل صفحه‌ مسطحی از دیتکتورها یا مجموعه‌های خطی متعدد بکار گرفته شدند. ترکیب استفاده از پرتو مخروطی شکل و صفحه‌ای از دیتکتورها باعث شد که تهیه تعداد بسیار زیادی برش در زمان بسیار کوتاهی ممکن گردد. نسل هفتم از دستگاه‌های سی تی اسکن  برای جمع آوری و پردازش این حجم بسیار عظیم از اطلاعات در زمان بسیار کوتاه، به پردازنده‌های بسیار پیچیده و قوی‌تری نیاز دارند.     منابع

[۱] Computed Tomography (CT or CAT Scan). RadiologyInfo.org Website.http://radiologyinfo.org/en/sitemap/modal-alias.cfm?modal=CT

[۲] Bharath AA. Introductory Medical Imaging (Synthesis Lectures on Biomedical Engineering). Morgan and Claypool Publishers; 2008.

[۳] Saunders J, Ohlerth S. CT Physics and Instrumentation – Mechanical Design.Veterinary Computed Tomography, First Edition. John Wiley & Sons Ltd; 2011.

مجله مارکوپکس

آخرین مقاله‌ها

مجله مارکوپکس

دیویژن(نسخه ۱۴)

برنامه دیویژن برای طیف گسترده‌ای از کاربران و متخصصین طراحی شده تا همه‌ی نیاز‌های مختلف را به بهترین شکل ،سهولت و امنیت بالا تامین کند.

فناوری اطلاعات و تصویربرداری پزشکی

ایجاد شبکه داده‌های بهداشتی فدرال

جای خالی شبکه‌های فدرال این روزها بسیار قابل لمس است، زیرا دسترسی به داده‌های بهداشتی جهت برنامه‌ریزی برای سلامت جمعیت، تحقیقات پایه و استفاده از

FHDN
تصویربرداری پزشکی

شبکه‌ داد‌ه‌‌های سلامت فدرال (FHDN)

چالش‌، نیاز و فرصت‌ها در شبکه‌ داد‌ه‌های سلامت فدرال (FHDN) با توجه به چالش‌های اشتراک‌گذاری داده‌های حساس سلامت، شبکه‌ داده‌های سلامت فدرال (FHDN) به‌ عنوان

تازه‌های مارکوپکس