مهندسی پزشکی

سی‌تی‌مولتی‌اسلایس، سی‌تی‌مولتی‌دتکتور و تصویربرداری Multislice CT, Multidetector CT, 3D Imagingسی‌تی‌مولتی‌اسلایس، سی‌تی‌مولتی‌دتکتور و تصویربرداری سه بعدیسی‌تی‌مولتی‌اسلایس(MSCT)، سیستم سی‌تی‌اسکن مخصوصی است که با داشتن ردیف دتکتورهای چندتایی، می‌تواند به طور هم‌زمان از طریق اسلایس‌های متفاوت دور نواحی مختلف بدن، داده‌های توموگرافیک تهیه نماید. MSCT قابلیت بی‌نظیری در آنالیز و تحلیل جزئیات آناتومیهای نرمال و آنورمال بدن و پاتولوژیهای گوناگون دارد. توانایی اسکن سریع بیمار با رزولوشنhigh Z-axis (رزولوشن محورZ بالا) و داشتن وکسل‌های هم‌محور (جزء حجمیVoxel=)، کمک می‌کند که گونه‌ای دیگر از تصویربرداری به جز سی‌تی‌اسکن تک اسلایس، فراهم گردد. در این مقاله سعی شده است که با ارائه توضیحات، فهم و دانش درستی در ارتباط با جزئیات و نکات فیزیکی مهم و اساسی سی‌تی‌مولتی‌دتکتور حاصل شود تا بر قابلیت‌های قدرتمند و پراهمیت این سیستم نظر اجمالی داشته باشیم.معرفی سیستمسی‌تی‌مولتی‌اسلایس، جزء آخرین موفقیت‌ها و پیشرفتها در تکنولوژی سی‌تی، محسوب می‌گردد. به طور اساسی اسکنر MSCT شامل ردیف مولتی‌دتکتور می‌باشد که به طور همزمان و تؤاماً در قالب اسلایس‌های مختلف، داده آناتومیکی جمع‌آوری می‌کند. سیستمی که استفاده از آن مزایای متعددی مثل اسکن سریع، پوشش حجمی بیماران چاق وhigh Z-axis resolution همراه با بهره‌مندی از امکان تصویربرداری سه بعدی، تصویربرداری پرفیوژن، سی‌تی‌فلوروسکوپی و ... دارد. در واقع می‌توان گفت مزیت مهم سیستم، کاهش زمان اسکن، کاهش کولیماسیون اسکن یا افزایش قابل توجه طول اسکن می‌باشد.تاریخچه سی‌تی‌اسکنر مولتی‌اسلایسدر سال 1972، اولین سیستم‌های سی‌تی توانستند ازمغز با پوشش 10 سانتی‌متر در مدت زمان 40 دقیقه، تصویربرداری کنند. به طور دقیق هر اسلایس ناشی از 180 درجه چرخش، 4 دقیقه زمان می‌برد.با ایجاد پیشرفت‌های فراوان، یک MSCT شانزده اسلایسه با داشتن مشخصه اصلی 42/0 ثانیه در هر چرخش(rotation) با توانایی بازسازی میلی‌ثانیه‌ای، قادر است که ازکل بدن 1 میلی‌متر اسلایس در 19 ثانیه اسکن نماید. پیشرفتهای موجود درSlip ring technology، نیاز استفاده مکرر از مکانیزم اسکنrotate-translate یاStop and shoot را کاملاً برطرف می‌نماید.بدین ترتیب، سی‌تی‌اسکن اسپیرال، همراه با اسکن مداوم و حرکت مداوم تخت و جمع‌آوری پیوسته اطلاعات، حاصل گردید.در واقع، شروع عملکرد تکنولوژی MSCT در سال 1992 بود که در ان زمان سی‌تی‌اسکنر دو اسلایسه توسطElscint معرفی شده بود. جالب این بود که بازارهای جهانی چندان رغبت و توجه به این تولید نشان ندادند. اما در نیمة دوم 1998، 4 شرکت، اسکنرهای MSCT را ارائه دادند که این محصولات شامل:Siemenes Volume Zoom, Toshiba Aquilon Multi, Picker MX 8000, GE light speed بودند. در جدول زیر فهرست تاریخی تکامل و پیشرفت تکنولوژی از سی‌تی‌هلیکال به سوی سی‌تی‌مولتی‌اسلایس موجود می‌باشد. پیشرفت‌های تکنیکی(Technical developments) سال(Year)1) تحقیقاتGodfrey Hounsfeld در ارتباط با سی‌تی‌اسکن 19712) رفت در تکنولوژی Slip ring 19853) معرفی هلیکال‌سی‌تی‌اسکن توسط شرکتSiemens 19894) ارائه سی‌تی دو اسلایسه توسطElscint و Haifa و Israel 19915) تلاش در جهت ساخت سیستمی با اسکن کمتر از ثانیه 19956) معرفی و عرضه اسکنر 4 اسلایسه 19997) معرفی اسکنرهای 4 اسلایسه در هند 20018) معرفی و عرضه اسکنرهای 16 اسلایسه 20029) عرضه اسکنرهای 16 اسلایسه در هند 200310) ارائه نخستین مدل سیستم‌های پیشرفته 32 اسلایسه 200311) معرفی و عرضه نخستین مدل 256 اسلایسه (توسط توشیبا) و4DCT  200312) تحقیق و بررسی در زمینة ارائه دتکتورهایFlat Panel 200313) تحقیق و بررسی سیستم با اسکن سریعتر (کمتر از 4/0 زمان چرخش) 200314) تحقیق و بررسی در زمینةCone Beam CT  2003گسترش اسکنرهای مولتی‌اسلایس(MSCT)، بعنوان پیشرفت و موفقیت بسیار مهم در زمینة توموگرافی کامپیوتری محسوب می‌شود. در حال حاضر در جهان مقالات فراوانی در زمینة این تکنولوژی جدید، تهیه می‌گردد که همة آنها تحت عنوانهایMultichannel helical CT, Multi Sectional helical CT, Multi detector helical row CT, Multi row helical CT, Multi Slice helical CT می‌باشند. MultiSlice و MultiSection دلالت بر این نکته دارد که در هر چرخش گنتری بیش از یک اسلایس و یک مقطع تصویر حاصل می‌گردد.Multidetector row بیان می‌کند که دتکتورهای سیستم شامل ردیف‌های متعدد دتکتور می‌باشند و در انتهاMultichannel نیز بیانگر این است که شبکه‌ها و کانالهائی از اطلاعات در طی هر چرخش گانتری، جمع‌آوری می‌گردد. در هر صورت واژه‌های مولتی‌اسلایس و مولتی‌دتکتور، معمولاً در مقالات کلینیکی و تکنیکی در توصیف این تکنولوژی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.فیزیک سیستمتفاوت اساسی اسکنرهای MSCT با نمونه‌های پیش از آن (اسکنرهای هلیکال یا اسپیرال) در طراحی ردیف دتکتور می‌باشد. استراتژی مفید این سیستم‌ها چنین می‌باشد که 4 یا تعداد بیشتری ردیف دتکتور جایگزین یک ردیف دتکتور شده‌اند که این نکته باعث افزایش قدرت سیستم، در جمع‌آوری داده‌ها(data acquisition) شده است.در واقع این طور می‌توان گفت که در اسکنر هلیکال، یک تیوب، یک ردیف دتکتور را مورد تابش قرار داده که در حدودmm 20 طول را پوشش می‌دهد در MSCT ، این یک ردیف با چندین ردیف دتکتور تحت عنوانdetector array جایگزین شده است کهacquisition همزمان 4 یا 16 اسلایس یا بیشتر در طی یک چرخش گانتری حاصل می‌شود.پیشرفت‌های تکنیکی سی‌تی‌مولتی‌اسلایس1) جمع‌اوری داده(acquisition) سریعتر و زمان اسکن(Scanning) کوتاهتر2) جمع‌آوری داده به طور همزمان با استفاده از دتکتورهای چندتایی3) چرخش گانتری در زمان کمتر از ثانیه (5/0 تا 8/0 ثانیه)4) سرعت بالاتر جابجایی تخت5) پوشش آناتومیکی بیشتر و بزرگ‌تر6) ظرفیتtube loading بیشتر7) تهیه و جمع‌آوری فراوان داده و پروسس بیشترمقایسه اسکنرهای 4 اسلایسه و 16 اسلایسه فعلیالف) اسکنرهای 4 اسلایسه Toshiba Siemens Philips GE مدل اسکنر 4 اسلایسه Aquiline Sensation4 MX800 Light speed 32 20 20 20 طولDetector array 4*5/0 2*5/0 2*5/0 4*25/1 ماکزیمم عرض اسلایس (4*)8 (2*)10 (2*)10 (2*)10 مینیمم عرض اسلایس5/ 0 5/0 5/0 8/0 مینیمم زمان چرخش5/ 7 3/5 5/6 3/6 ظرفیت گرمایی آندب) اسکنرهای 16 اسلایسه Toshiba Siemens Philips GE مدل اسکنر 16 اسلایسه Aquiline Sensation4 MX800 Light speed 32 24 20 20 طولDetector array 16*5/0 16*75/0 16*73/0 16*63/0 مینیمم عرض اسلایس 4/0 4/0 4/0 5/0 مینیمم زمان چرخشسه نوع ماتریکس آرایه دتکتوری در حال حاضر موجود می‌باشند:mixed types, Fixed, adaptive و یک آرایه دتکتوریFixed همة بخش‌ها و قسمتهای ماتریکس هم سایز را دارد، در حالیکه در ماتریکسadaptive همه قسمتهای دور مرکز، پهن‌تر می‌باشند(Philips/Siemens).یک آرایش دتکتوریMixed همة بخش‌های ماتریکس هم‌سایز به استثنای تعداد موارد نازک‌تر در مرکز را دارا می‌باشد(Toshiba).طراحی آرایه دتکتوری، نقش مهمی در اسکنرMSCT دارد به طوری که به طور مستقیم، مواردی مثل مینیمم عرض اسلایس، تعداد اسلایس‌های ممکن در مینیمم عرض، ماکزیمم طول تصویربرداری شده در یک جهت و ... تحت تأثیر آن قرار می‌گیرد.با طراحی آرایه دتکتوری، فرمSlip ring اجرا می‌شود که باعث چرخش مداوم می‌گردد، که دو نتیجه کاهش زمان چرخش تیوب و کاهش زمان چرخش دتکتور از 1 ثانیه به 5/0 ثانیه حاصل می‌شود. نتیجه نهایی سرعت چرخش دو برابر و طراحی ردیف دتکتوری 4 برابر، افزایش 8 برابر سرعت، به طور متوسط می‌باشد. همانطور که در جدول قبل نیز مقایسه‌ای بین اسکنرهای 4 اسلایسه و 16 اسلایسه، انجام گردید.مزایای سیستملیستی از مزایایMSCT تکنولوژی در جدول پائین ذکر شده است، اما به هر صورت در کاربردهای کلینیکی، مجموع مزایای حاصله از سیستم باعث فراهم آوردن اطلاعات مفید تصویری می‌گردد. دو نکته مفید و سودمند تکنولوژیMSCT شامل: الف) سرعت اسکن بهتر و ب) امکان دسترسی به تصاویر هم‌مدار(isotropic imaging) می‌باشد. سرعت اسکن بالاتر، نه تنها امکان پوشش ناحیه مورد نظر را در یک مرحله نگه‌داشتن تنفس فراهم می‌کند، بلکه کاهش چشمگیری در آرتی‌فکت‌های حرکتی بوجود آورده و امکان استفاده مفید ازمواد کنتراست زا، نیز حاصل می‌کند. سرعت بالای اسکنرهایMSCT همچنین در یک فرم روتین نیز تأثیرات و تغییرات مهمی ایجاد می‌کند مثلاً در کاربری‌هایPediatric (پزشکی مربوط به کودکان) با افزایش سرعت سیستم تصویربرداری، نیاز کمتری به آرام بخش برای آرام نمودن بیمار می‌باشد، چرا که آزمون در زمان کوتاهتری انجام می‌پذیرد.مزیت بعدی تکنولوژیMSCT این است که تصاویری مفید که به صورتisotropic imaging می‌باشند، فراهم می‌کند. لذا رزولوشن یکسان و همانندی از یک ساختار در همة ابعاد بوجود می‌آید. این نکته در تصویربرداری سه بعدی بسیار ارزشمند می‌باشد چرا که بدین شکلStair step artifacts ، حذف خواهد شد و لبه‌های آناتومیکی به وضوح دیده خواهند شد.خلاصه مزایای سیستم مولتی‌اسلایسجزئیات تکنیکی پارامترکاهش چشمگیر در زمان اسکن طول اسکنZ-axisبیشتری در زمان کمتر پوشش داده می‌شود کاهش آرتی‌فکتSpatial, temporal resolutionبسیار بالا تصاویر با رزولوشن بالاضخامت نازک اسلایس‌ها، اهمیت پوزیشن بیمار را کاهش می‌دهد وکسل‌های سه بعدی هم‌مدار(isotropic 3D Voxel)intervalکم اسلایس‌ها در حدود 1 یا کمتر اسلایس‌های کاملاً نازک(ultra thin slice)یک منطقه مشخص بدن با اسکن توسط اسلایس‌های نازک در طی یک با نگه داشتن تنفس بررسی در یکبار نگه داشتن تنفساسکن سریعتر باعث کاهش میزان کنتراست داخل وریدی و افزایشrate تزریق می‌شود کاهش ماده کنتراست داخل وریدینواحی بزرگتری از بدن با اسلایس‌های نازک بدون گرم شدن بیش از حد تیوب، اسکن می‌شوند. استفاده بهتر از تیوب ارائه تصاویری باSpatial resolution بالا حجم داده‌های سه بعدیسریعتر و زمان اسکن کوتاهتر، امکان تصویربرداریvascular, cardiac ,musculoskeletal را فراهم می‌نماید زمان دینامیک اسکن واقعیکاربردهای کلینیکیبه طور کلی شاملMSCT کاربری‌های کلینیکی فراوان می‌باشد که به طور خلاصه ذکر شده است:(الف) پیشرفت کاربری‌های موجود توسطMSCT (1) سی‌تی‌آنژیوگرافی: سیستم تصویربرداری مولتی‌اسلایس، عملکرد سی‌تی‌آنژیوگرافی را از سه طریق بهبود بخشیده است که شامل الف) افزایش مطالعات مولتی فاز یک از سیستم عروقی می‌باشد (فازهای شریانی، وریدی) ب) تعیین درست عروق نازک از طریقZ axis resolution و ج) تعیین run off نواحی محیطی در آنژیوگرافی که از طریق اسکن بزرگ‌تر و پوشش بیشتر امکانپذیر می‌باشد. به طور کلی پروتکلهای عروقی به علت سرعت بالایMSCT بهبودی و پیشرفت فراوان پیدا کرده است. نتیجتاً مقدار ماده کنتراست‌زا در تصویربرداری به منظور بررسی بیماریهای آئورت توراسیک و تشخیص آمبولی در شریان و سیستم پولموناری به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد.(2) تصویربرداری سه بعدی: عبارت تصویربرداری سه بعدی در واقع تمام مراحلی است که به منظور فراهم نمودن تصویر چند بعدی است تا امکانات رؤیت، تشخیص و آنالیز اطلاعات افزایش یابد.MSCT پیشرفت چشمگیری در تصویربرداری سه بعدی ایجاد نموده است که این مهم خود، از طریق ادغام فاکتورهایی نظیر تصویربرداری ایزوتروپیکisotropic imaging می‌باشد.(3) اندوسکوپی مجازی  virtual Endoscopies:MSCT  روش مهمی در ارزیابی اندولومینالEndo luminal) (ساختارهایی نظیر راههای هوایی و روده و ... می‌باشد.از طریق سیستم‌های با رزولوشن بالا و تصویر برداری دو بعدی که خود راه حصول تصویربرداری سه بعدی می‌باشد، اندوسکوپی انجام می‌شود که سیستم‌های سه بعدی ضرورتاً امکان تهیه تصاویر مفید را فراهم می‌آورد. برونکوسکوپی مجازی، راههای هوایی را با نماهای نزدیک اندولومینال و با کمک سطح صفحه کدر و یا افزایش اپاسیتی (کدورت)(opacity)، به تصویر در می‌آورد. این روش به مقدار جزئی تهاجمی است و می‌تواند به خوبی توسط بیمار تحمل گردد. همچنین مراحل کار، بی‌خطر و مطمئن می‌باشد تا سطح اندولومینال درخت نای و نایژه‌ایtracheobronchial مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین کولونوگرافی مجازی نیز کاربرد دیگری از سیستم می‌باشد که با فراهم نمودن تصاویرسه بعدی از تمام کولون، سرعت و سهولت تشخیص موقعیت و ارزیابی پولیپ‌ها حاصل می‌گردد. در واقع، کولونوگرافی مجازی به عنوان یک سیستم کنترل‌گر و نمایان‌کننده(Screening tool) برای نشان دادن پولیپ‌ها و سرطان‌ها مربوط به کولون می‌باشد. (4) اسکوپی مجازی گوش داخلی(virtual labyrentoscopy): امکان دیدن ساختارهای ظریف و پیچیدة گوش داخلی را با استفاده از تصویربرداری سه بعدی فراهم می‌نماید. نمایش سه بعدی تصاویر با رزولوشن و وضوح بالا از نواحی انتخاب‌شده‌ای مثل کانالهای نیمه حلقوی، دهلیز، حلزون گوش، کانال شنوایی داخلی، قسمتهای ماستوئید مربوط به کانال صورت را نشان می‌دهد.(5) سی‌تی سه بعدی دندان: (3D Dental CT)تصویربرداری سه بعدی دندانپانورامیک، تصاویر مقطعی و آگزیال از دندان و فک را حاصل می‌نماید.نرم‌افزارهای موجود امکان ارزیابی آناتومی استخوان را با اجرای نیمه اتوماتیک پانورامیک از استخوان فک و بازسازی پاراآگزیال آنها را فراهم می‌آورد که در واقع نمای نزدیک قائم از هلال و انحنای فک انجام شده تصویربرداری سی‌تی سه بعدی دندان معمولاً برای ارزیابی قبل از جراحی کاشت، برای تشخیص تومورها و نواحی استخوانی ماگزیلاومندیبل، برای تشخیص ناهنجاریهای مفصل تمپورومندیبولار و جهت تشخیص ناهنجاریهای ماگزیلا و مندیبل مورد استفاده قرار می‌گیرد.ب) کاربردهای جدید افزوده شده توسط سیستم سی‌تی‌مولتی‌اسلایس(1) پرفیوژن سی‌تی از مغز روش سریع و آسان بررسی اختلالات در بیماران مبتلا بهStroke سکته به شکل حاد می‌باشد. یک نقشه تصویری سه رنگه با نتایج کمی، مربوط به(regional cerebral blood volume (CBV به معنای زمان عبور(Transit time (MRTTو جریان خونی (regional cerebral blood flow)(RCBF)  می‌باشد که وقتی نمایش داده می‌شود سکته بسیار سریعتر و زودتر از سیستم ساده سی‌تی، تشخیص داده می‌شود.در نواحی با کاهش شدیدCBF با وجودCBU حجم حفظ شده، می‌توان نیم سایه ایسکمیک را استدلال نمود که این عبارت بدین معنا است که بافت در ریسک بالا در ارتباط با اینفارکشن Infarctionمی‌باشد ولی هنوز برای همیشه و به طور غیر قابل برگشتی انفارکته نشده است.اگر هر دوCBU وCBF تا به حال به طور چشمگیری کاهش یافته‌اند یعنی بافت برای همیشه انفارکته شده است. لذا درAcute Stroke، پرفیوژن سی‌تی از چند جهت مفید می‌باشد: (1) روش سریع و مطمئن شناسایی سکته (2) انتخاب بهتر بیمار از جهت ترومبولیستیک‌تراپیTrombolytic Therapy (3) شناسایی منشاء ایسکمی (4) تعیین نتیجه نهایی سکته همانند سایز نهایی و خطر خونریزی.در کنار سی‌تی مغز، تصاویر با تزریق از بعضی ارگانها مثل کلیه‌ها، کبد و ریه‌ها نیز مفید می‌باشد.