فانتوم اولتراسوند جسم/مدلی با خواص آکوستیکی کنترلشده است که برای آزمون، کالیبراسیون، آموزش و کنترل کیفیت (QA/QC) سامانههای سونوگرافی بهکار میرود. ویژگیهای کلیدی فانتومها شامل سرعت صوت نزدیک به 1540 m/s، ضریب تضعیف مشابه بافت نرم، تقریباً 0.5–1 dB/cm/MHz، پراکندگی کنترلشده و امکان ایجاد ساختارهای هدف لینتارگت، کیستهای بیاکو، اهداف هیپراکو/هیپواکو، الیاف برای دقت فاصله و ضخامت برش است.
تاریخچه فانتومهای اولتراسوند: ریشههای علمی فانتومهای مدرن به کارهای کلاسیک E.L. Madsen و همکاران در دهه 1970 بازمیگردد؛ آنها نشان دادند که میتوان با ژلهای دارویی آبی حاوی پودر گرافیت و الکل، سرعت صوت و تضعیف را مشابه بافت انسان و بهصورت قابل کنترل ایجاد کرد. این مقاله سنگبنای توسعه مواد شبیهساز بافت (TMM) شد و بعدها بهصورت صنعتی در فانتومهای تجاری بهکار رفت. در دهههای بعد، راهنماهای کنترل کیفیت از جمله گزارش IPEM 102 و بیانیهها/راهنماهای AIUM استفاده روتین از فانتومها برای آزمون عملکرد اسکنرها را نظاممند کردند.
مواد شبیهساز بافت (TMM) و نحوه ساخت:
1.) ژلاتین/آگار/آگاروز: مخلوطهای آبی با غلظتهای تنظیمشده ژلاتین یا آگار بههمراه ذرات پخشکننده (گرافیت، آلومینا، شیشه) برای تنظیم تضعیف/پراکندگی استفاده میشوند. مزیت آن ارزان بودن و قابل تهیه بودن آن در آزمایشگاه میباشد؛ محدودیت آن در پایداری حرارتی/زیستی کمتر و حساسیت به خشکشدن میباشد.
2.) پلیوینیل الکل (PVA) کریوژل: با چرخههای انجماد–ذوب پیاپی پلیمری میشود؛ سختی و الاستیسیته با تعداد چرخهها قابل کنترل است و پایدارتر از ژلاتین/آگار است. برای فانتومهای کمی و الاستوگرافی کاربرد دارد.
۳.) هیدروژلهای صنعتی مثل Zerdine®: پلیمرهای اختصاصی (مانند هیدروژل زردین از CIRS) با پایداری طولانیمدت، سازگار با هارمونیک و بستهبندی غشایی/ABS عرضه میشوند.
۴.) رزینها و لاستیکهای سیلیکونی برای فانتومهای مهارتی/آموزشی (مانند Blue Phantom با بافت شبیهسازیشده Simulex™/SimulexUS که خاصیت خودترمیمی در برابر صدها سوراخ سوزن دارد.
۵. مواد ویژه فلو/داپلر: برای فانتومهای جریان، از لولههای دیوارهناپیدا (wall-less) یا لولههای انعطافپذیر با سوسپانسیون ذرات پراکندهکننده در مایعات گلیسیرینی/آبی استفاده میشود تا پاسخ داپلر سرعت/پروفایل جریان قابل بازتولید باشد.
+ انواع فانتومها
چندمنظوره (Multipurpose QA): شامل تارگتهای خطی برای صحت فاصلهسنجی، اهداف کیست/جامد با کنتراستهای مختلف، اهداف ضخامت برش و یکنواختی—نمونههای شاخص: ATS 539 CIRS- ، CIRS 040GSE، مدلهای Zerdine®/Gammex -ATS 539 UG; CIRS 040GSE- Sun Nuclear Zerdine.
• فانتومهای تخصصی پستان: عروق سطحی/خط مرکزی، تیرویید و … با آناتومی واقعگرا Kyoto Kagaku، Blue Phantom.
• فلو/داپلر: ارزیابی حساسیت داپلر، زاویهسنجی، کالیبراسیون سرعت، نشت طیفی و ثبات فرکانس.
• آموزش مهارتی (Needle guidance): مسیریابی سوزن، تزریق مفصلی، PICC، بیوپسی با بافت خودترمیم.
+ نحوه اسکن و آزمونهای متداول QA/QC با به کارگیری فانتوم
بر اساس IPEM 102، AIUM و دستورالعملهای QC، آزمونهای کلیدی عبارتاند از:
- عمق نفوذ حداکثر و نویز/یونیفورمیتی: با افزایش گِین تا آستانه نویز، بیشترین عمق نمایش ساختارها سنجیده شود؛ یکنواختی تصویر و آرتیفکتهای «banding» بررسی گردد.
- دقت فاصلهسنجی محوری/جانبی: با تارگتهای خطی و فاصله معلوم؛ خطا بر حسب درصد/میلیمتر گزارش شود.
- رزولوشن محوری/جانبی و ضخامت برش (slice thickness): با تارگتهای نزدیک به هم و تارگتهای شیبدار/سیم نازک.
- کنتراست–تفکیک خاکستری و تشخیص کیستهای کوچک: اهداف هیپو/هایپراکو با قطرهای متفاوت .
- تست عناصر ضعیف/مرده پراب: با یکنواختی و الگوی نویز یا الگوریتمهای تحلیل؛ مطالعات نشان میدهد برخی اندازهگیریهای فانتومی برای کشف عناصر ضعیف مؤثرترند.
داپلر: صحت کالیبراسیون زاویه، حساسیت جریان کم، خطی بودن سرعت اندازهگیری و نشت طیفی با فلو–فانتوم اختصاصی.
+ نحوه کالیبراسیون و نگهداری فانتوم
پیکربندی تکرارپذیر: همان پرستستها، فرکانس، فوکوس، دینامیکرنج، عمق و پروب هر بار استفاده شود و نتایج ثبت/ردیابی گردد.
• شرایط محیطی: دمای اتاق پایدار؛ از نور مستقیم و گرما/سرما و خشکی/رطوبت افراطی پرهیز شود. بسیاری از فانتومهای هیدروژلی در محفظههای درزبندی شده با غشای محافظ عرضه میشوند.
•مراقبت سطح/غشاء: از ژلهای سازگار استفاده کنید؛ غشاءهای ساران/لاتکس را با جسم تیز، الکل، شویندههای خورنده آسیب نزنید.
•فانتومهای مهارتی سوزنخور: سطح نرم را روی سطوح زبر قرار ندهید؛ بافت شبیهسازیشده ممکن است اثر سطح را بپذیرد؛ مدلهای Blue Phantom خودترمیمی محدود (صدها/هزار سوراخ) دارند اما نیاز به جایگزینی اینسرت دارند.
•ذخیرهسازی/حمل: جعبه حمل مقاوم، درپوش چاهک اسکن (scan well) و تمیز کردن ژل پس از استفاده—بسیاری از تولیدکنندگان ۴۸ ماه گارانتی ارائه میکنند که مشروط به نگهداری درست است.
+ نشانههای خرابی و پایان عمر فانتوم
تغییر سرعت صوت/تضعیف (عمق نفوذ کمتر یا نیاز به گِین غیرعادی) ، عدم انطباق فاصلهها.
• حبابهای هوا، ترکها، تغییر رنگ، جداشدگی لایه غشاء، خشکشدن/انقباض ماده، تورم ناشی از جذب آب/ژل، نشت مایع.
• رد سوزنهای مکرر و کانالهای دائمی در فانتومهای مهارتی، کاهش خاصیت خودترمیم.
• افزایش نویز یکنواختی (non-uniformity) که پس از کنترل تنظیمات دستگاه باقی میماند
+ شرکتهای سرشناس و نمونه محصولات
CIRS (Computerized Imaging Reference Systems) فانتومهای چندمنظوره 040GSE، 054GS، هیدروژل اختصاصی Zerdine®، سازگار با هارمونیک؛ بدنه ABS.
( سابقSun Nuclear (Gammex سری فانتومهای Zerdine برای QA با گارانتیهای طولانیمدت
CAE Healthcare – Blue Phantomفانتومهای مهارتی اولتراسوند با بافت Simulex/SimulexUS، خودترمیمی برای مسیریابی سوزن، بلوکهای آموزشی و مدلهای آناتومیک.
Kyoto Kagakuفانتومهای آناتومیک با رزینهای نرم/کامپوزیت برای آموزش و QA ، ABDFAN، QA Phantom، ECHOLUNG، لگن زنانه، ستون فقرات
+ کاربرد فانتوم
آزمونهای تضمین کیفیت اسکنر درون سازمانی، اغلب با استفاده از فانتومهای شبه بافت انجام میشوند. در اولتراسوندهای پزشکی، فانتوم وسیلهای است که خصوصیات انتقالی اولتراسوند بافتهای نرم را تقلید میکند. فانتومها به نوعی”بیماران ثابت” هستند و تصاویر آنها را میتوان در زمانهای مختلف، برای مقایسه نزدیک ثبت کرد. برای مثال وقتی چندین تصویر از یک فانتوم موجود است، قابلیتهای نفوذ تصویر از نظر تغییرات در طول زمان به آسانی مورد ارزیابی قرار میگیرد.
همچنین فانتومها دارای اهداف در موقعیتهای معلوم هستند، بنابراین تصاویر میتوانند با ناحیهای که اسکن شده مورد مقایسه قرار گیرند. مثالهایی از این اهداف شامل کیستهای شبیهسازی شده، ساختارهای اکوساز و اهداف خطی نازک میشود. خصوصیات بافت تقلید شده در فانتومهای تجاری موجود، شامل سرعت صوت (سرعت صوت در فانتوم ، شبیه سرعت صوت در بافت طبیعی است، 1540 m/s)؛ تضعیف اولتراسونیک؛ و تا حدی اکوسازی است ( یعنی میزان پراکنده سازی پرتو اولتراسوند). فانتوم ها نمیتوانند دقیقاً خصوصیات صوتی بافتهای نرم را بدلیل پیچیدگی و تغییرپذیری بافت تکرار کنند.
در عوض، سازندگان فانتوم این اهداف را در درون فانتوم میسازند تا خصوصیات آکوستیکی داشته باشد که نشان دهنده متوسط خصوصیات بسیاری از بافتهای مختلف است. بعضی مواقع عبارت “بافت معادل” زمانی که فانتومها شرح داده میشوند، استفاده میشود؛ اگرچه، این عبارت نباید عینا ترجمه شود زیرا بیشتر مواد فانتومها از نظر صوتی معادل هیچ بافت خاصی نمیباشند .
+ طراحی متداول فانتوم تضمین کیفیت
نمونهای از یک فانتوم تضمین کیفیت اولتراسوند همه منظوره در شکل بالا نشان داده شده است. این فانتومها با تنظیمات اسکنری مشابه آنچه برای اسکن بیمار هم استفاده میشود، آزمایش میشوند. تصاویر فانتوم دارای خصوصیت مقیاس-خاکستری هستند که مشابه با خصوصیات اعضای بدن میباشد، اگرچه ساختارهای واقعی از لحاظ آناتومیکی نشان داده نمیشوند .
مواد شبه بافت داخل فانتوم شامل یک ژلاتین بر پایهی آب میشود که در آن ذرات میکروسکوپی به طور یکنواخت در سراسر حجم مخلوط است. سرعت صوت در مواد حدود 1540 m/s است، که مشابه سرعت فرض شده در کالیبراسیون تجهیزات اولتراسوند است. ضریب تضعیف اولتراسوند نسبت به فرکانس یکی از این دو مقدار است : 0.5 یا 0.7 dB/cm در هر مگاهرتز. بعضی از کاربران مواد با تضعیف کمتر را ترجیح می دهند زیرا آن را برای تصویربرداری از اهداف داخل فانتوم راحتتر میدانند. اگرچه، گروه های استاندارد تضعیف بیشتر را توصیه میکند زیرا تضعیف بیشتر ماشینهای اولتراسوند را کاملتر به چالش میکشد.
تضعیف در مواد ژل-گرافیت در فانتوم متناسب با فرکانس صوت است و رفتار بافتها را تقلید میکند. انواع دیگری از مواد در فانتومها استفاده شده است، اما فقط ژلهای بر پایهی آب که با پودر لعابدار شده است، سرعت صوت و میرایی مشابه با خواص بافت را داراست. اسکترهای کوچک در سراسر مواد شبه بافت توزیع شده است؛ بنابراین فانتوم وقتی با تجهیزات تصویربرداری اولتراسوند اسکن میشود خاصیت اکوسازی را نشان میدهند.
تعداد زیادی از فانتومها کیستهای شبیهسازی شده دارند، که سیلندرهای تضعیف پایین، و غیر اکوساز هستند. آنها باید در تصاویر B-mode بدون اکو باشند و تقویت اکوی دور از مرکز را نمایش دهند. برخی از فانتومهای بافت، به وسیله جرمهای شبیهسازی شده یا اهداف آزمون دارای اکوسازی متغیر، امکان نمایش کنتراست اضافی تصویر را فراهم میآورند.
بیشتر فانتومهای تضمین کیفیت شامل منعکس کننده گسسته مانند اهداف خط نایلونی هستند که عمدتاً برای ارزیابی دقت اندازهگیری فاصله از یک اسکنر استفاده میشود. آزمونهای دقت فاصله اندازهگیری شده وابسته به آن است که سازندگان فانتوم آن را با مادهای پر کنند که سرعت انتشار صوت در آن m/s 1540 باشد یا حداقل به اندازه کافی به این سرعت نزدیک باشد تا خطاهای قابل توجه در کالیبراسیون ایجاد نشود. همچنین این فانتوم ها وابسته به آن است که تولید کننده موقعیت منعکس کننده را به طور صحیح تعریف کرده باشد. با داشتن سرعت صوت صحیح (1540 m/s) و دانستن دقیق فاصله بین منعکسکنندههای شبیه نقطه، بررسی دقت اندازه گیریهای فاصله با استفاده از کولیس، همچنان که در ادامه شرح داده خواهد شد، آسان خواهد بود. فانتومها اغلب ستونی از منعکس کنندهها دارند، که برای آزمون های صحت اندازهگیری عمودی، فاصله آنها با هم 1 یا 2 سانتیمتر است. یک یا چند ردیف افقی از منعکس کننده ها برای ارزیابی صحت فاصله افقی به کار میرود. مجموعه بیشتری از منعکس کننده ها ممکن است برای ارزیابی رزولوشن محوری و رزولوشن جانبی اسکنرها وجود داشته باشد.
+ هشدار در مورد فانتوم خشک
وقتی از فانتومی که از ژلهای بر پایه آب ساخته شده است، استفاده میشود، از دست دادن آب (خشک شدن) ممکن است در طول عمر فانتوم مشکل ایجاد کند. اگر این اتفاق رخ دهد، سرعت صوت در فانتوم ممکن است تغییر کند. سطح اسکن مقعر یکی از نشانه های خشکی شدید است. گاهی اوقات، از دست دادن آب آنچنان مسئله ساز میشود که هوای وارد شده به پنجره فانتوم منجر به عدم توانایی در تصویربرداری موثر از فانتوم میشود.
کاربران باید دستورالعمل داده شده به وسیله تولیدکنندگان فانتوم را برای جلوگیری از خشک شدن قابل توجه فانتوم انجام دهند. برای مثال، برخی از تولیدکنندگان توصیه میکنند که فانتوم در یک جای مرطوب ، در ظرف محفوظ از هوا نگهداری شود و این را باید چنانچه توصیه شده است رعایت کرد. خشکی در فانتوم های بر پایه لاستیک، که بوسیله تعدادی از تولیدکنندگان تولید می شود، یک مشکل نیست. قابلیت انبارش این فانتومها درحالیکه ماده شبه بافت کاملا در معرض محیط است را میتوان یک مزیت برای این فانتومها در مقایسه با فانتومهای بر پایه آب برشمرد. عیب اصلی مواد بر پایه لاستیک آن است که سرعت صوت در آنها کمتر از m/s 1540 است ( تقریبا 1450m/s در برخی از فانتوم های بر پایه لاستیک) و اینکه میرایی آنها متناسب با فرکانس اولتراسوند نیست. بنابراین، این فانتومها ممکن است برای تصویربرداریها در یک بازه فرکانسی بزرگ به اندازه فانتومهای بر پایه آب موثر نباشند.
