یکی از اهداف اصلی تبدیل سیستم های آنالوگ به دیجیتال دسترسی به اطلاعات دیجیتال تصویر، با قابلیت پردازش، ذخیره و ارسال است.
این کار به سه روش زیر قابل انجام است :
- استفاده از اسکنرهای مخصوص فیلم
- استفاده از سامانهی آشکارساز دیجیتال
- استفاده از رادیوگرافی کامپیوتری (CR)
در این بخش به بررسی ساختاری روش سوم یعنی رادیوگرافی کامپیوتری خواهیم پرداخت.
CR (رادیوگرافی کامپیوتری) چیست؟
CR به پروسه ای گفته می شود که شامل ساخت تصاویر مخفی (روی صفحات فسفری خاص) ذخیره، پردازش و نمایش طلاعات تصاویر با فرم دیجیتال و هم چنین مدیریت اطلاعات تصویر است.
کاربر توسط CR به کیفیت بالای تصویر، امکان کنترل پارامترهای مختلف آن و افزایش اطمینان از تشخیص صحیح، دست پیدا می کند.
تاریخچه سیستم های CR مدرن که در آنها از صفحات فسفری ذخیره تصویر(PSP) استفاده می شود، به سال 1973 باز می گردد. زمانی که جورج لاکی یکی از دانشمندان مرکز تحقیقات کمپانی ISTMAN CODACK امتیاز انحصاری یک سیستم کاربردی را به نام خود ثبت کرد. عنوان این امتیاز شامل تجهیزات و روش های تولید تصاویر متناظر با دستگاه های مولد پرتوهای پر انرژی، که خلاصه ی این امتیاز به شرح ذیل بود:
در این روش یک عنصر میانی ضبط موقت تصویر، مانند مواد فسفری وجود دارد در صورتی که این عناصر با اشعه مادون قرمز یا حرارت تحریک شوند، از خود نور مرئی ساطع می کنند.
این طرح بیان می دارد با تابش پرتوهای پر انرژی به این عناصر میانی و در فاصله ی یک دوره زمانی مجاز، سطوح انرژی الکترون های این مواد تغییر می کند. در طول این فاصله زمانی، یک طیف از امواج با طول موج بلند یا حرارت، سطح عنصر میانی را برای آزادسازی انرژی ذخیره شده در الکترون های کریستال های عنصر میانی به صورت نور مرئی اسکن می کند و یک سنسور مناسب (یا مجموعه سنسور)، نور تابشی از صفحه را دریافت و به انرژی الکتریکی متناسب با شدت تشعشع اولیه تبدیل می کند.
مهمترین جزء یک سیستم CR، صفحه تصویر آن است. این صفحه پس از اینکه در معرض تابش اشعه ایکس که از بدن بیمار عبور کرده است قرار گرفت، اطلاعاتی را به صورت نامحسوس در خود ذخیره می کند که به آن تصویر مخفی گفته می شود. این اطلاعات پس از پردازش های لازم به صورت تصویر واقعی جسم مورد تابش در مانیتور یا روی hard copy مانند فیلم قابل مشاهده است.
در رادیوگرافی معمولی (آنالوگ) از یک صفحه تشدیدکننده (فولی) و فیلم رادیوگرافی یا دو صفحه تشدیدکننده و فیلم به عنوان گیرنده تصویر استفاده می شود. فیلم پس از تابش ظاهر گردیده و تصویر مورد مشاهده قرار می گیرد.
در رادیوگرافی کامپیوتری از یک فسفر قابل تحریک با فوتون (PHOTOSTIMULABLE PHOSPHOR) به عنوان گیرنده تصویر استفاده می شود. یک نوع فسفر که در حال حاضر استفاده می گردد متشکل از فلوئوروبرومید باریم (BaFBr) فعال شده به وسیله یوروپیوم (Eu) می باشد. کریستال های فسفر شبیه صفحه تشدیدکننده بر روی یک صفحه، روکش می شوند.
صفحات پوشیده از فسفر در یک کاست (شبیه کاست های استاندارد فیلم – صفحه) قرار داده می شود و با استفاده از وسایل رادیوگرافی معمولی مورد تابش قرار می گیرد. شباهت این سیستم با سیستم رادیوگرافی معمولی در همین جا به پایان می رسد.
فسفر قابل تحریک با فوتون (psp) مقداری از انرژی دسته اشعه ایکس را جذب و قسمتی از آن را به صورت الکترون های ظرفیتی (valence electron) در تله هایی با انرژی بالا ذخیره می نماید، تا یک تصویر مخفی ایجاد گردد. هنگامیکه تصویر مخفی به وسیله دسته پرتو لیزر اسکن می شود، الکترون های گرفتار شده، ضمن تابش نور به باند ظرفیت باز می گردند. این نور به وسیله یک لامپ فوتو مولتی پلایر(PMT) دریافت شده و در خروجی لامپ یک سیگنال الکتریکی تشکیل می شود. این سیگنال الکتریکی توسط تبدیل کننده آنالوگ به دیجیتال (ADC) به داده های دیجیتال تبدیل و در کامپیوتر پردازش، ذخیره و در اندازه معمول به نمایش در می آید.
خاطر نشان دارد تکنولوژی CR را تکنولوژی بدون فیلم یا الکترونیکی یا کامپیوتری نیز می نامند.
در فسفرهای تحریک پذیر با نور از پدیده فسفرسانس استفاده می شود. قبل از اینکه درباره فیزیک PSP صحبت کنیم خلاصه ای از پدیده لومینسانس را بیان می کنیم.
لومینسانس فرآیند تابش نور از یک ماده بعد از تحریک می باشد که به دو صورت وجود دارد:
فلوئورسانس: خروج نور از یک ماده در فاصله زمانی 8 تا 10 ثانیه پس از تحریک است. این حالت هنگامی رخ می دهد که یک الکترون از یک سطح انرژی تحریک می شود و سپس بدون هیچگونه حادثه اضافی به آن سطح از انرژی (سطح پایه) باز می گردد.(صفحات تشدیدکننده)
فسفرسانس: خروج نور از یک ماده با تاخیر زمانی بیش از 10 ثانیه پس از تحریک می باشد. این تاخیر مستلزم بعضی از واکنش های داخلی الکترون است. به طور نرمال این به عنوان به دام افتادن الکترون در بعضی از سطوح متمرکز انرژی، توضیح داده می شود. مثل TL Dosimeter و PSP در CR
فوتوالکترون به نوبه خود از طریق یک فرآیند آبشاری (Cascade) تعداد زیادی الکترون و حفره با انرژی کم تولید می نماید. در یک صفحه تشدیدکننده معمولی الکترون ها و حفرات با یکدیگر ترکیب شده و ایجاد لومینسانس خودبخودی می نماید که فیلم رادیوگرافی را مورد تابش قرار می دهند. در فسفر قابل تحریک، حدود نیمی از جفت الکترون- حفره مجدداً در خلال تابش اشعه ایکس در مراکز یورپیم به یکدیگر پیوسته و ایجاد لومینسانس، خودبخود به رنگ نزدیک به فرابنفش می نماید. نکته قابل توجه این است که لومینسانس خودبخود بکار گرفته نمی شود. نیمی دیگر از الکترون ها و حفرات به صورت جداگانه گرفتار می گردند، حفرات در محل های دو ظرفیتی یورپیوم و الکترون ها در نقاط خالی هالوژنی در شبکه کریستالی فسفر تمرکز منطقه ای حفرات و الکترون های گرفتار شده متناسب با تابش منطقه ای اشعه ایکس می باشد و معرف تصویر مخفی شئ مورد رادیوگرافی است.
تحریک صفحه با نور قرمز می تواند الکترون ها را از trap ها آزاد نماید. الکترون ها ممکن است به حفرات گرفتار، مهاجرت نموده و با پیوستن مجدد به آنها ایجاد لومینسانس یورپیم نمایند. جهت تشدید بازده نور تحریک کننده، صفحه فسفر در حقیقت با یک تراکم بسیار بالا و یکنواخت و با ثبات از الکترون های گرفتار در نقاط خالی هالوژن آماده می شود.
به طور کلی با تحریک نور قرمز تصویر مخفی نابود می گردد.
مراحل تصویرسازی فسفر تحریک پذیر با نور (با رادیوگرافی کامپیوتری) به شرح زیر است:
1- فسفر پیش از تابش
2- ایجاد تصویر نهفته
3- آشکارسازی تصویر
برای آماده کردن یک صفحه (BaFBr:Eu) جهت تصویرگیری، صفحه به وسیله نور شدید لامپ های تخلیه سدیم مورد تابش قرار می گیرد تا هر گونه تصویر باقی مانده از تابش قبلی پاک شود.
صفحه پس از این مرحله به وسیله تجهیزات استاندارد رادیوگرافی در معرض تابش پرتوهای ایکس قرار می گیرد، در خلال تابش الکترون ها در فسفر تحریک شده و به حالت انرژی بالاتر می روند. در حدود نیمی از الکترون ها بلافاصله به حالت انرژی عادی بر می گردند و دیگر برای ایجاد تصویر در دسترس نیستند. بقیه الکترون های تحریک شده، در دام افتاده که تعداد این الکترون ها متناسب با مقدار پرتوهای ایکس جذب شده است.
الکترون های گرفتار شده ممکن است به طور آماری در اثر حرارت از trap ها خارج شوند و تهیج گرمایی الکترون های موجود در خارج از trap تصویر مخفی را نابود می نماید. در BaFBr:Eu تصویر تا حدود 8 ساعت در درجه حرارت اتاق قابل خواندن است.
تصویر به وسیله قرار دادن صفحه تصویر در یک دستگاه cassette reader بازیافت می شود. کاست خوان به نحوی ساخته شده که صفحه به وسیله یک نور نقطه ای (حدود µ 100) از یک لیزر He-Ne (طول موج nm 633) خوانده می شود. الکترون های گرفتار شده در معرض تابش این نور لیزر نقطه ای قرار گرفته و از آن انرژی کسب می نمایند. این انرژی اضافه الکترون ها را از گرفتاری رها می نماید و آنها را برای بازگشت به وضعیت انرژی پایین تر که در ساختمان کریستال موجود است آماده می نمایند.
باید توجه داشت که حالت کریستالی ساختمان شبکه ای نسبت به trap الکترونی، انرژی پایین تری دارد و هنگامی که الکترون ها به این تراز انرژی پایین تر باز می گردند، یک فوتون نوری تابش می نمایند. از آنجا که تراز انرژی ساختمان کریستالی نرمال(VB) نسبت به تراز انرژی فعال کننده(FB) پایین تر است، فوتون های نوری ساطع شده در هنگام بازگشت الکترون ها به تراز انرژی پایین تر نسبت به نور لیزر دارای انرژی بیشتری هستند. به بیان دیگر نور تابش شده از فسفر طول موج کوتاه تری دارد. در FaBr این طول موج یک باند باریک از nm 300 (ماورای بنفش) تا nm 500 ( مایل به سبز) دارد.
این موضوع که دو نور ( نور لیزر و تابش تهیجی ) دارای طول موج های مختلف هستند، برای بازیافت تصویر حساس است. روی هم رفته یک نور لیزر قرمز شدید و یک نور سبز نسبتا ضعیف در مجاورت آن داریم و مایل هستیم نور سبز را به عنوان سیگنال تصویری آشکار سازیم. یکی از راه انجام این کار استفاده از فیلتر که نور قرمز را جذب و نور سبز را عبور می دهد، می باشد. در صورتی که پس از فیلتر از یک فیبر نوری استفاده نماییم، نور سیگنال را می توان به یک لامپ فوتو مولتی پلایر(PMT) که در فاصله دور قرار دارد، هدایت نماییم. بدین ترتیب لامپ فوتو مولتی پلایر و نور لیزر با یکدیگر تداخل نمی نماید.
در خروجی لامپ فوتو مولتی پلایر، یک اسکن ممتد نقطه به نقطه از تصویر داریم. خروجی سیستم بر حسب پرتوهای ایکس جذب شده در صفحه تصویر یک سیگنال الکتریکی آنالوگ می باشد، در این حالت سیگنال توسط PMT تقویت شده و به وسیله ADC به سیگنال دیجیتال تبدیل شده و در COMPUTER MEMORY ذخیره می شود.
فیلم رادیوگرافی از نوع کنتراست بالا می تواند اختلافات Exposure حدود 100:1 را ثبت نماید. این بدان معناست که تابشی که موجب ظهور فیلم به صورت خیلی سیاه می شود، نسبت به تابشی که یک دانسیته خاکستری ضعیف که چشم به زحمت قادر به کشف آن است، تولید می نماید، 100 برابر بیشتر است.
محدوده ای از تابش که یک فسفر قابل تحریک با فوتون قادر به ثبت آن می باشد، 10000:1 است.
فسفرهای قابل تحریک با فوتون در مقایسه با فیلم دارای محدوده بسیار گسترده تر دینامیکی هستند. این محدوده دینامیکی در psp خطی بوده در صورتی که در فیلم غیرخطی است. این بدان معناست که تغییرات میزان لومینسانس نسبت به میزان پرتو ایکس دریافتی در فسفر بیشتر از فیلم می باشد.
در psp محدوده تابش حقیقی که در آن پاسخ خطی مشاهده می شود از mR 005/0 تا حدود mR 50 یا 104:1 است.
مزیت یک سیستم با محدوده دینامیک گسترده خطی (psp) نسبت به فیلم (غیرخطی) :
عملی ترین مزیت چنین سیستمی در ارتباط با انتخاب صحیح شرایط Exposure (mAS،kVp) توسط تکنولوژیست برای آزمایش رادیوگرافی است. هر چه محدوده اکسپوژرها گسترده تر باشد سیستم تصویرگیری پهنای گسترده تری در انتخاب kVp و mAS خواهد داشت.
مسئله اصلی در بخش های رادیولوژی نیاز به تکرار آزمایشات به سبب انتخاب نادرست شرایط اکسپوژر است.
1- از تمام دستگاه های رادیولوژی قدیمی که اشعه ایکس استاندارد تولید می کنند، می توان استفاده کرد.
2- از تمام کاست های استاندارد بدون فولی و بدون عیب می توان استفاده کرد.
3- مقدار پرتونگاری بیمار کاهش می دهد.
4- بسیار کم حجم و بی صدا می باشد.
5- در وقت بسیار صرفه جویی می شود و راندمان بخش رادیولوژی را افزایش می دهد.
6- عمر مفید دستگاه رادیولوژی را طولانی می کند.
7- نسبت به سیستم رادیولوژی معمولی نیروی انسانی کمتری نیاز دارد
8- به تاریکخانه نیازی نیست و تصاویر رادیولوژی توسط یک پروسسور خشک و در روی فیلم ثبت می شود.
9- به پروسسور و داروی ظهور و ثبوت احتیاج ندارد.
10- آلودگی محیط زیست ایجاد نمی کند ( داروی ظهور و ثبوت ).
11- به فیلم رادیوگرافی و فولی ( صفحات تقویت کننده ) نیاز ندارد.
12- به بایگانی مخصوص فیلم های رادیولوژی نیازی نیست.
13- اطلاعات رادیولوژی را به سیستم PACS متصل می کند.
14- با توجه به سیستم شبکه می توان تصاویر رادیولوژی را به سالن های کنفرانس و آموزش متصل کرد.
15- تصاویر و گزارشات رادیولوژی را می توان بصورت CD در اختیار بیماران قرار داد.
16- امکان اشتباه شدن کلیشه های رادیوگرافی بیماران با یکدیگر وجود ندارد.
17- افزایش نسبی سرعت بازسازی و مشاهده تصاویر
18- دستیابی به کیفیت بالای تصاویر در شرایط مساوی با سیستم های سنتی
معایب CR
در خصوص معایب سیستم رادیوگرافی کامپیوتری میتوان به موارد زیر اشاره كرد:
در این سیستمها كاهش دز در مقایسه با سیستمهای رادیوگرافی دیجیتال خیلی زیاد نیست. زیرا سیستمهای CR در ضریب تبدیل كوانتومی اشعه ایكس دارای محدودیت هستند، بـه ایـن دلیل كه تنها بخشی از نور تابشی توسط فتومولتی پلیرها قابل آشكار شدن هـستند.
لایـههـای فـسـفـری ضـخـیـمتـر بـازده كـوانـتـومی بهتری در مقایسه با لایههای نازکتر دارند ولی از رزولوشن نسبی كمتری برخوردارند به این معنی كه افزایش بازده كوانتومی با كاهش رزولوشن همراه است.
نسبت به سیستمهای سنتی گرانتر است.
نیاز به گذرانیدن دورههای آموزشی و پرسنل آموزش دیده دارد.
نیاز به پارهای بهینهسازی در سیستمها و روشها در زنجیره درمان و مراكز درمانی دارد. از جمله طراحی و راهاندازی شبكه داخلی، ایجاد ایستگاههای كاری و ..
حساسیت نسبی به پرتوهای پراكنده (لازم به ذكر است این عیب بیشتر در مقایسه با سیستمهای رادیولوژی DR نمود پیدا میكند).
تعدادی از موارد یاد شده را می توان در زمره سرمایه گذاریهای انسانی و تجهیزاتی قلمداد كرد و نه به عنوان معایب و نقاط ضعف پدیده CR یا احیانا روشهای جدیدتری نظیر DR و . DDR
طول عمر و نگهداری از كاستهای CR:
طول عمر كاست CR بستگی به نحوه استفاده از آن دارد. اگر به صورت مناسب از كاست ها مراقبت شود با هر كاست میتوان هزارها تصویر گرفت. بهترین شیوه تمیز كردن كاست، استفاده از اتیل الكل و دستمال كاغذی یا گاز است. تمیز كردن قسمت screen كاست توصیه نشده است چون تمیز كردن آن با اتیل الكل بـاعـث خـراب شـدن آن می شود. بهتر است اتیل الكل مستقیما بر روی كاست ریخته نشود، بلكه پارچه آغشته به الكل روی كاست كشیده شود و بهتر است این كار به صورت ماهیانه انجام شود.