تصویربرداری پزشکی

تصویر گرفته شده توسط CT که ضایعه ای در آئورت را نشان می دهد

تصویربرداری پزشکی (به انگلیسی: Medical imaging)‏ تکنيک و فرآيند مورد استفاده براي ساختن تصاويري از بدن انسان (يا بخش‌ها و عملکردهاي آن) براي اهداف کلينيکي (روش‌هاي پزشکي که در جستجوي شناخت، درمان و بررسي بيماري‌ها هستند.) يا علوم پزشکي (شامل مطالعات آناتوميک و فيزيولوژيک) است. تصويربرداري پزشکي، تداخلیست از چند شاخهٔ علوم همانند فیزیک پزشکی، مهندسی پزشکی، زیست‌شناسی، و اپتیک.

پیشینه

اگرچه تاریخ مدونی درباره تصویربرداری پزشکی پرداخته نشده است، اما می توان به نقش دانشمندان فیزیک و مهندسان در بستر تاریخی نیم نگاهی انداخت.

اولین تکنیک و مدالیته تصویربرداری به کشف اشعه ایکس توسط آقای ویلیام روتنگن در سال 1895 بازمی گردد. بیشتر تلاش های فیزیکی برای پیشبرد سیستم های رادیوگرافی و تصویربرداری با اشعه ایکس نظیر نمایشگرهای تشدید کننده، مقطع نگاری، چرخاندن مجراهای آندی و ... در 10 تا 20 سال آینده رخ داد. و بیشتر تلاش ها از سال 1930 به بعد بیش از تغییرات سیستم ها به سمت بهبود مولفه ها پیش رفت.

اما نکته جالب در این زمینه این بود که، تغییرات و بهبودهای شگرف در تصویربرداری داخلی بیماری ها بیشتر از جانب خلاقیت افراد آزمایشگاهی سرچشمه گرفت، تا دانشمندان فیزیک و مهندسان. برای تصویربرداری از نواحی مبهم انتخابی روش های متنوعی توسعه پیدا کرد. از آن جمله می توان به کاتادر، رنگ دانه های عملگر دهانی و درون وریدی اشاره کرد. از اینرو وقتی رادیولوژیست ها با محدودیت های اجرایی دستگاه ها مواجه می شدند، روش های مختلفی که گاهی تهاجمی نیز بود، طراحی می کردند تا تصویربرداری ارگان های ناپیدا را تسهیل کنند.

از اویل دهه 1950 تا دهه 1970 انقلابی در سیستم های تصویربرداری تشخیصی صورت گرفت. سیستم های جدید برای تصویربرداری غیرتهاجمی آناتومیک و کارکردی(پروسه بیماری) توسعه یافت. در این بخش دانشمندان فیزیک و مهندسان نقش غالب را ایفا کردند. این انقلاب با تصویر برداری هسته ای و التراسوند آغاز شد، که با وجود محدودیت های جدی تصویرگری، به تصویر برداری پروسه بیماری ها می پرداخت. که پیش از این و بدون این روش ها امکان پذیر نبود. مقطع نگاری کامپیوتری حوزه ی دیگری در تصویرگری پزشکی بود، که در اوایل دهه 1970 مطرح شد. توسط این تکنیک تصاویر مقطعی بسیار خوبی بدست آمد، که متناظر با اطلاعات حاصل از جراحی های اکتشافی بود. دستگاه ها به سرعت توسعه و بسط پیدا کردند و تکنیک های استانداردی برای روش های مختلف مطرح شد.

انقلاب ها و تحولات در شیوه های تصویربرداری ادامه پیدا کرد. این تحولات نه تنها به بهبود ژرف روی سیستم های موجود منحصر شد، بلکه مطالعات پایه ای و اولیه ای برای شکل گیری مدالیته های تصویر برداری جدید صورت گرفت. این روش های جدید شامل استفاده از مایکرویو و پدیده رزونانس مغناطیسی هسته بودند.

بسیاری تولد رادیولوژی تشخیصی را به سال ۱۸۹۶ نسبت می‌دهند. در آن سال، نشریه لانست خبر از یک عمل جراحی داد که در آن برای نخستین بار از اشعه ایکس جهت یافتن تکه آهنی داخل استخوان کمر یک ملوان استفاده شده بود. ملوان با در آورده شدن تکه آهن از بدنش از حالت فلج خارج گردید. این روش (استفاده از پرتو ایکس برای دیدن داخل بدن) سپس سریعا در اروپا و آمریکا رواج پیدا کرد.

انواع روش های تصویربرداری پزشکی با توجه به منشأ تصویر

دسته بندی های مختلفی برای تصویربرداری پزشکی ارایه شده است که در ادامه دسته بندی بر اساس منشا تولید تصویر آورده می شود.

تصویربرداری با امواج الکترومغناطیس

یونیزه کننده

هسته ای

اولین آثار رادیواکتیویته در سال 1867 توسط سنت ویکتور بر روی امولسیون فیلم مشاهده گردید. پس از او در سال 1896 هانری بکرل در جریان بررسی خاصیت لومینانس املاح اورانیوم، پی به وجود اشعه ای نظیر اشعه ایکس برد. بکرل املاح اورانیوم را در صفحات فوتوگرافی قرار داد و دور از نور در جایی نگاهداشت و پس از ظاهر کردن آن ها به وجود اشعه ای ناشناخته پی برد. این کشف بکرل بعدها در 26 دسامبر 1898 منجر به اعلام کشف رادیوم توسط پییر و ماری کوری گردید. در 1899 رادفورد نشان داد که دو نوع تابش از املاح اورانیوم ساطع می شود و این ذرات را آلفا و بتا نامید. در 1900 کوری و ویلارد نوع سومی از این تابش ها را کشف و آن را گاما نامیدند. در 1908 معلوم شد، که آلفا و بتا تحت تاثیر میدان مغناطیسی منحرف می شوند، ولی گاما چنین انحرافی از خود نشان نمی دهد. در 1911 رادفورد در آزمایش معروف خود نشان داد که تقریبا تمام فضای اتم خالی و متشکل از الکترون هایی است که در اطراف هسته ای کوچک، چگال و مبهم می چرخند و در سال 1935 یوکاوا پیشنهاد کرد که نیروی بستگی هسته به صورت نیروی تبادلی است. واژه رادیواتم و تعریف آن نخستین بار توسط کوهمن در سال 1947 برای نامیدن اتمهایی که دارای نیمه عمر زوال رادیواکتیو قابل اندازه گیری هستند،وضع شد. تصویرگری به کمک رادیواتم ها در سال 1949 بعد از آن که اسکنر خط مستقیم تولید شد، آغاز شد. معرفی دوربین جرقه ای ،دوربین آنگر و یا دوربین گاما و امکان اخذ سریع تصاویر رادیو اتمی ،بدون احتیاج به حرکت جارویی (آشکارسازی ساکن)، مهمترین پیشرفت در ابزارهای تصویرگر هسته ای بود .

• SPECT

مقطع نگاری کامپوتری تشعشع تک فوتونی در سال 1977 معرفی شد. کیفیت تصاویراین روش نسبت به روش تصویرگری هسته ای معمولی بوسیله دوربین ثابت، بسیار بهتر است.

• PET

مقطع نگاری به کمک تشعشع پوزیترون است. در این روش سیستم از تعداد زیادی آشکارساز جرقه ای،که بیمار را احاطه کرده اند، ساخته شده است.از طرفی می دانیم که به دنبال نابودی یک پوزیترون و یک الکترون، دو فوتون با انرژی 511 کیلو الکترون ولت، در دو راستای مخالف، صادر می شوند. در روش مقطع نگاری به کمک تشعشع پوزیترون،اطلاعات نقش شده لازم برای بازسازی تصویر، بر اساس کشف همزمان دو فوتون مذکور،روی آشکارساز، بدست می آیند.

مبتنی بر اشعه X

تصویری از دست یک مرد با شش انگشت

• پرتونگاری

• فلورسکوپی

فلروسکوپی را می توان دریافت و کسب رشته تصاویر اشعه ایکس در یک بازه زمانی دانست، فلروسکوپی یک تکنیک عکس برداری X-ray است که به ما امکان می دهد به صورت همزمان با تصاویر ویدئویی تغییرات لحظه ای بیمار را ثبت کنیم. در واقع تنها یک تصویر رادیوگرافی نخواهیم داشت بلکه چندین تصویر پشت سر هم در فاصله زمانی مورد نظر از مریض گرفته خواهد شد.

ضبط تصاویر بدست آمده برای بررسی بیشتر بعد از زمان تشعشع از جمله کارهایی است که در فلروسکوپی کارآمدی آن را در تشخیص بالا می برد. به دلیل تشعشع یونیزه کننده متناوب به بیمار و همچنین حضور پزشک و رادیوگراف در محل تصویربرداری برای مشاهده آنی تغییرات، امنیت در آن از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود و از شدت تشعشع کمتر نسبت به پرتونگاری استفاده می شود.

• ماموگرافی

در این روش نیز از اشعه X با دوز پایین استفاده می شود.مثل سایر روش های تصویر برداری با اشعه X، دستگاه ماموگرافی،از تیوب اشعه X و آشکارساز (فیلم های همراه با صفحات تشدیدکننده) و در بینشان از صفحه کنترل عوامل تابش، تشکیل شده است. در ضمن،از کمپرسور نیز برای فشرده کردن عضو، استفاده می شود، تا همه قسمتها با ضخامت مشابهی بوده و به اندازه کافی تابش ببینند تا از تمام بخش ها تصویر گرفته شود.

مساله مهمی که در مورد لامپ تولید کننده اشعه X وجود دارد، شکل خاص پستان ها و از طرفی تفاوت ضخامت بافت می باشد، بطوریکه قسمت نوک پستان هم نازکتر است و هر چه به قفسه سینه نزدک تر شویم، بافت ضخیم تر می باشد. در نتیجه شدت اشعه X تولیدی توسط لامپ در قسمت ضخیم باید بیشتر باشد تا در نهایت به صورت یکنواختی این عضو بدن را جاروب کرده باشد. همچنین در لامپ های پرتو X دستگاه ماموگرافی،انتخاب صافی مناسب، به منظور حذف پرتوهای کم انرژی بی فایده، و کاهش دوز جذبی اشعه X، نکته ای حائز اهمیت می باشد.

هرچند تقریبا 90% توده های خوش خیم و بدخیم،از طریق لمس پستان، قابل شناسایی اند ولی اغلب تا حول و حوش 2 سال، بدون درد هستند و در این مرحله علاوه بر اینکه غیر قابل شناسایی از طریق لمس کردن می باشند،احتمال گسترش تا گره های لنفی وجود دارد. در صورت عدم تشخیص در مراحل اولیه بیماری، نمی توان درمان مؤثری اعمال کرد و احتمال خطر مرگ و میر افزایش می یابد. با این همه، ماموگرافی، بهترین و کم خطرترین روش تشخیص زود هنگام تومور می باشد.

• آنژیوگرافی

آنژیوگرافی در اصطلاح به رادیوگرافی از عروق با استفاده از ماده حاجب اطلاق می شود، ولی در عمل گستره وسیع تری دارد. در این تکنیک ماده حاجب مناسبی به داخل شریان یا ورید تزریق می شود، تا کنتراست کافی برای تصویربرداری بوجود آید. تزریق ماده حاجب توسط وسایل و تکنیک های خاصی صورت می گیرد. ماده حاجب اغلب از طریق کتادر یا سوند مناسب، به این طریق وارد می شود که سوند داخل ورید یا شریان شده و تا ناحیه مورد بررسی پیش می رود و سپس تزریق انجام می شود.

تزریق های دستی بیش از اندازه کند است و حجم ماده حاجب وارده کم می باشد. با بهبود وسایل آنژیوگرافی و لزوم وارد کردن حجم زیادی از ماده حاجب در مدت زمان کوتاه، تزریق کننده های اتوماتیک ابداع شدند. این دستگاه ها قادر به تنظیم و کنترل فاکتورهایی نظیر میزان فلو، حجم تزریق، زمان تاخیر و فشار تزریق می باشد. قابلیت های زیاد و چشمگیری که در این نوع تزریق کننده ها وجود دارد، بسیاری از مسائل آنژیوگرافی نظیر به کارگیری فشار بیش از اندازه و یا خیلی سریع ماده حاجب، تزرریق ناهماهنگ ماده کنتراست با ضربان قلب و تزریق اتفاقی هوا به بیمار را حل نموده است. تزریق کننده ها شامل دستگاه الکتروکاردیوگراف نیز می باشند تا به پزشک اجازه دهد، ماده حاجب هماهنگ با ضربان قلب تزریق شود.

انژکتور وسیله ایست که توانایی تزریق حاجب را بطور اتوماتیک،دارد. در این دستگاه سرنگ تزریق، بر روی شفت یک موتور الکتریکی قرار گرفته است. همچنین مداری برای کنترل دارد، که سرعت تزریق دارو و سرعت تزریق (نرخ تزریق) را مشخص می کند. در ابتدا شریانی که مد نظر است، توسط کاتتر انتخاب شده و کاتتر توسط واسط، به انژکتور متصل می شود.از طرفی دارو به داخل سرنگ انژکتور کشیده شده،کافیست کلید شروع فشار داده شود.

امروزه آنژیوگرافرها علاوه بر موارد تشخیصی، به انجام آنژیوگرافی برای مقاصد درمانی نیز مبادرت می کنند. رادیولوژیست ها می توانند به وسیله سوند زدن فلورسکوپیک به تزریق داروهایی جهت قطع خونریزی بپردازند. کاربردهای دیگر آنژیوگرافی عبارت از تزریق داروهای شیمی درمانی به مناطق نئوپلازی، قرار دادن سوزن ها و وسایل خاص در اندام ها جهت نمونه برداری، و قرار دادن فیلتر در بزرگ سیاهرگ زیرین برای جلوگیری از انعقاد خون می باشد.

• CT

دوز مورد استفاده در این روش بسیار بالاست ولی تصاویری از سطح مقطع های مختلف،در عمق دلخواه از اعضای بدن را، می دهد. در رادیوگرافی معمولی اطلاعات مربوط به عمق از دست می رود. از طرفی نمی تواند بین نسوج نرم تمایز ایجاد کند. در این روش قدرت تفکیک بهبود نیافته و تنها بخش های ناخواسته، تارتر می شوند.

در حال حاضر سالیانه بیشتر از 62 میلیون نفر از این روش در آمریکا،استفاده می کنند و بر اساس تخمین یکی از نشریه های معتبر آمریکایی 2% سرطان ها (نوع بدخیم) ناشی از دوز بالای استفاده شده در این روش است.

تلفیق دو روش PET و CT که تحت عنوان PET/CT شناخته شده است، روش جدیدی ست که در آن اطلاعات مربوط به آناتومی (حاصل از CT) با اطلاعات متابولیکی که مربوط به عملکرد و اجزا می باشند (آنچه که PET در اختیارمان می گذارد) تلفیق شده و روشی مطلوب بحصوص در مطالعه تومورها می باشد. نکته حائز اهمیت ،عدم ضرورت استفاده از دوز بالای CT در این روش است.این روش 85% در مطالعه تومور ها (تشخیص سلول های بدخیم از خوش خیم، مشاهده دقیق روند پیشروی سلول های سرطانی و بررسی پاسخ به درمان و رادیوتراپی) ، 10% در نورولوژی ،5% در مطالعات قلب، استفاده می شود .

غیر یونیزه کننده

در این روش بر خلاف تصویربرداری با اشعه X و تصویربرداری هسته ای که با اشعه های پر انرژی گاما سر و کار داریم،از پرتوهای هسته ای استفاده نمی شود. هرچند این موضوع دلیل بر ایمنی تضمینی نمی باشد و اصول ایمنی خاصی در حین ورود به اتاق اسکن ،باید رعایت شوند.

MRI

اسکن ام.آر.آی چه چیزی را نشان می دهد؟

با استفاده از اسکنر ام.آر.آی امکان عکس گرفتن از تقریبا همه بافتهای بدن وجود دارد. بافتی که کمترین اتم های هیدروژن را دارد (مثل استخوان ها) در تصویر تیره می شود، در حالی که بافت های دارای اتم های هیدروژن زیاد (مانند بافت چربی) روشنتر دیده می شوند. با تغییر زمان پالس های امواج رادیویی امکان کسب اطلاعاتی درباره بافت های مختلف موجود وجود دارد.

همچنین یک اسکن ام.آر.آی قادر است تصاویر واضحی را از بخش هایی از بدن که به وسیله بافت استخوانی احاطه شده اند فراهم سازد بنابراین تکنیک فوق برای بررسی مغز و طناب نخاعی نیز مفید است. به دلیل آن که اسکن ام.آر.آی تصاویر بسیار مشروح و مفصلی را ارائه می دهد، بهترین تکنیک برای یافتن تومورها (اعم از خوش خیم و بدخیم) در مغز می باشد. در صورت وجود تومور از اسکن برای تشخیص گسترش احتمالی آن به بافت های اطراف مغز استفاده می شود.

این تکنیک به ما امکان می دهد جزییات دیگر در مغز را نیز بررسی کنیم. برای مثال مشاهده رشته های بافت غیرنرمال که در صورت ابتلا به ام.اس روی می دهد را ممکن می سازد و نیز تغییرات رخ داده در هنگام خونریزی مغزی را نشان می دهد. همچنین تشخیص این که آیا بافت مغز پس از سکته مغزی دچار کمبود اکسیژن شده است را میسر می سازد. اسکن ام.آر.آی قادر به نشان دادن قلب و عروق خونی بزرگ در بافت اطراف آن است لذا تشخیص نواقص مادرزادی قلب و تغییرات در ضخامت عضلات اطراف آن پس از یک حمله قلبی را ممکن می سازد. تفاوت ام.آر.آی و سی تی اسکن در این است که با ام.آر.آی تصویربرداری از تقریبا هر زاویه ای امکان دارد، در حالی که سی تی به طور افقی عکس می گیرد. هیچ اشعه یونیزان (اشعه ایکس) در ایجاد تصویر ام.آر.آی دخالت ندارد. اسکن های ام.آر.آی به طور کلی مفصل تر و مشروح تر هستند. تفاوت بین بافت نرمال و غیرنرمال در اسکن ام.آر.آی نسبت به سی تی اسکن واضح تر است.

آیا ام.آر.آی خطرناک است؟

تاکنون هیچ خطر یا اثرات جانبی برای تکنیک ام.آر.آی شناخته نشده است. این آزمایش دردناک نیست و اصلا احساس نمی شود. از آنجا که در آن از اشعه استفاده نمی شود بدون مشکل قابل تکرار است. تنها مورد ذکر شده صدمه احتمالی برای جنین در 12 هفته اول بارداری مادر است لذا در این مدت ام.آر.آی برای زنان باردار انجام نمی شود. همچنین کارکنان باردار نیز باید در هنگام انجام عمل اسکن، یعنی وقتی که میدان های الکترومغناطیسی متغیر با زمان ایجاد می شوند (لحظه روشن شدن کویل ها) اتاق اسکن را ترک کنند. تنها ناراحتی بیمار از این است که در یک محفظه سیلندری شکل قرار می گیرد و برای افرادی که دچار تنگناترسی (هراس از جاهای بسته و تنگ) هستند چندان خوشایند نیست. همچنین دستگاه ام.آر.آی معمولا صداهای نسبتا بلند و ناراحت کننده ای را ایجاد می کند. در ضمن از آنجا که بدن در میدان مغناطیسی قوی قرار می گیرد، لازم است از همراه داشتن هرگونه جواهرات، شیئ فلزی، پوشیدن لباسهایی با تکمه های فلزی اجتناب شود بنابراین در صورتی که هرگونه شیء فلزی مانند بست های جراحی، سمعک و غیره همراه بیمار است باید مسوول دستگاه را از آن آگاه سازد.

تصویرگری با امواج THz

این نوع تصویرگری دو گونه اساسی دارد. یک نوع آن استوار است بر میزان عبور از شی، یا به اصطلاح Transmission Based و نوع دیگر آن بر پایه انعکاس استوار است، یا به اصطلاح Reflection Based. تصویرگری با امواج THz به طور معمول در رطوبت سنجی قرنیه، تشخیص میزان سوختگی پوست، تشخیص محدوده سرطان پوست و طیف سنجی لایه نشانی داروها استفاده می شوند. به دلیل ماهیت غیرتهاجمی و ویژگیهای منحصر به فردی که تکنولوژی تراهرتز دارد، این نوع سیستم تصویرگری به سرعت کاربرد خود را در دهه گذشته افزایش داده است. کاربرد تصویرگری با امواج تراهرتز در سرطان پوست، سرطان سینه، حفره های دندان، در دهه گذشته بسیار پرکاربرد گشته است .

نوری

واژه نور در علوم مهندسی معمولا برای طیف مرئی، مادون قرمز و فرابنفش استفاده می شود. بدلیل اینکه نور جزو امواج الکترومغناطیسی است، در تصویر برداری رفتاری مشابه با سایر امواج الکترومغناطیسی ( مثل X-Ray , MicroWave,...) از خود نشان می دهد. گسیل کننده های طیف نزدیک مادون قرمز و همچنین لیزر از پرکاربرد ترین منابع در این روش تصویربرداری هستند.

تئوری کلی تصویربرداری نوری مبتنی بر جذب فوتون های نوری توسط عناصر موجود در بدن انسان است، که این خود تولید رزولوشن می کند. از جذب کننده های نوری مهم در بدن انسان، می توان به هموگلوبین اکسیژن دار(Oxyhemoglobin) و هموگلوبین بدون اکسیژن(Deoxygenated hemoglobin) اشاره کرد. در بدن هرجا که خون وجود داشته باشد، این دو نیز وجود دارند. در هر عضو بدن انسان، نسبت غلظت هموگلوبین اکسیژن دار و هموگلوبین بدون اکسیژن نشان دهنده میزان متابولیسم است چون در در واکنش های متابولیسمی اکسیژن مهمترین نقش را ایفا می کند.

میزان جذب نور در هموگلوبین اکسیژن دار و هموگلوبین بدون اکسیژن متفاوت است که این اساس تصویربرداری عملکردی مبتنی بر طیف نوری است. بیشترین جذب نور برای هموگلوبین اکسیژن دار در طول موج ۷۵۰ نانومتر و برای هموگلوبین بدون اکسیژن در طول موج ۸۵۰ نانومتری رخ می دهد.

طبق نمودار طیف الکترومغناطیسی این دو طول موج در محدوده طیف نزدیک مادون قرمز است که تصویربرداری عملکردی با طیف سنجی نزدیک مادون قرمز (Functional Nearinfrared Spectroscopy) نامیده می شود.

OCT

مقطع نگاری همدوسی نوری (Optical Coherence Tomography) و یا OCT نوعی روش مقطع نگاری در پزشکی است که تصاویری سه بعدی با رزولوشن در حد میکرومتر از واسط پراکنده کننده نور (به عنوان مثال بافت بیولوژیکی) بدست می آورد و اصول كار آن بر اساس تداخل سنجي نوري استوار مي باشد. تصوير برداري با این روش مشابه با روش تصوير برداري اولتراسوند B مود مي باشد كه بجاي امواج صوتی از نور استفاده مي شود.

موج مکانیکی

اولتراسوند

تاريخچه در سال 1876 ميلادي ، فرانسيس گالتون براي اولين بار پي بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهاني اول كشور انگلستان براي كمك به جلوگيري از غرق شدن غم ‌انگيز كشتي‌هايش توسط زيردرياييهاي كشور آلمان در اقيانوس آتلانتيك شمالي دستگاه كشف كننده زيردريايي‌ها به كمك امواج صوتي به نام Sonar ابداع كرد. اين دستگاه امواج فراصوت توليد مي‌كرد كه در پيدا كردن مسير كشتيها استفاده مي‌شد. اين تكنيك در زمان جنگ جهاني دوم تكميل گرديد و بعدها بطور گسترده‌اي در صنعت اين كشور براي آشكار سازي شكافها در فلزات و ساير موارد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. از كاربرد بخصوصي كه انعكاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشكي وارد شد و تبديل به يك وسيله تشخيصي بزرگ در علم پزشكي گرديد.

مدالیته های مطرح در تصویرگری پزشکی

پرتونگاری

دو نوع از تصاویر حاصل از پرتونگاری در تصویربرداری پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد؛ پرتونگاری تجسمی (به انگلیسی: Projection Radiography)‏ و فلوروسکوپی (به انگلیسی: Fluoroscopy)‏. با وجود مقطع نگاری های سه بعدی (به انگلیسی: 3D Tomography)‏ پیشرفته کنونی، این روش های دوبعدی همچنان کاربرد گسترده ای دارند. زیرا کم هزینه ترند، از رزولوشن بالایی برخوردار هستند و بسته به کاربرد از تشعشع کمتری برخوردارند. در این روش تصویرگری با استفاده از پرتو پرتو ایکس تصویر به وجود می آید. در حقیقت این روش پیشگام تصویرگری در پزشکی مدرن می باشد.

فلوروسکوپی

تصاویر زنده ای از ساختارهای درون بدن به شیوه مشابه با پرتونگاری ایجاد می کند، با این تفاوت که از میزان پرتو اشعه X کمتری استفاده می کند همچنین بجای استفاده از فیلم برای ثبت تصویر از ماده ی فلورسنت برای مشاهده پرتوها استفاده می شود چرا که بر خلاف سایر روش هایی که از اشعه X استفاده می کنند در این روش تصاویر بصورت realtime مشاهده می شوند. در واقع تنها یک تصویر رادیوگرافی نخواهیم داشت بلکه چندین تصویر پشت سر هم در فاصله زمانی مورد نظر از مریض گرفته خواهد شد.

مقطع نگاری کامپیوتری (CT)

تصویری از بیمار در حال سی تی اسکن برای تشخیص سرطان

این روش تلفیق استفاده از توموگرافی معمولی(مقطع نگاری) با پردازشهای کامپیوتری می باشد. در این روش نیز از اشعه X استفاده می شود. البته دوز مورد استفاده در این روش بسیار بالاست و تفاوتهای ساختاری ای مثل استفاده از حرکت لامپ تولید کننده اشعه X و یا حرکت آشکارساز، همچنین گاهی آشکار ساز های حلقوی دور بیمار و ...، با رادیو گرافی معمولی، دارد. ولی تصاویری از سطح مقطع های مختلف،در عمق دلخواه از اعضای بدن را، می دهد. در رادیوگرافی معمولی اطلاعات مربوط به عمق از دست می رفت.از طرفی نمی توانست بین نسوج نرم تمایز ایجاد کند. طبعا اطلاعات کمی مربوط به چگالی بافت ها را نیز، در احتیارمان نمی گذاشت . در مقطع نگاری معمولی مشکل اول، یعنی تصویربرداری از یک مقطع دلخواه حل شد، ولی مقطع نگاری کامپیوتری دو مشکل دیگر رادیوگرافی معمولی را نیز حل کرد. یعنی حساسیت مورد نیاز برای تمایز بین نسوج نرم را دارا می باشد، همچنین اطلاعات کمی در مورد میزان تضعیف (ناشی از عبور اشعه از نسوج)را نیز می دهد. البته در این روش قدرت تفکیک بهبود نیافته و تنها بخشهای ناخواسته ،تارتر می شوند. در حال حاضر سالیانه بیشتر از ۶۲ میلیون از این روش در آمریکا،استفاده می کنند و بر اساس تخمین یکی از نشریه های معتبر آمریکایی ۲% سرطان ها(نوع بدخیم) ناشی از دوز بالای استفاده شده در این روش است. تلفیق دو روش PET و CT که تحت عنوان PET/CT شناخته شده است ،روش جدیدی ست که در آن اطلاعات مربوط به آناتومی (حاصل از CT) با اطلاعات متابولیکی که مربوط به عملکرد و اجزا می باشند (آنچه که PETدر اختیارمان می گذارد) تلفیق شده و روشی مطلوب بخصوص در مطالعه تومورها می باشد. نکته حائز اهمیت، عدم ضرورت استفاده از دوز بالای CT در این روش است. این روش ۸۵% در مطالعه تومور ها (تشخیص سلول های بدخیم از خوش خیم، مشاهده دقیق روند پیشروی سلول های سرطانی و بررسی پاسخ به درمان و رادیوتراپی)، ۱۰% در نورولوژی ،۵% در مطالعات قلب، استفاده می شود.

SPECT

دستگاه SPECT شرکت زیمنس با دو دوربین گاما

این روش مشابه تصویربرداری CT می باشد(به بیان دیگر مقطع نگاری در پزشکی هسته ای می باشد) با این تفاوت که از تابش اشعه های گاما استفاده می شود. پرتودارو(یاهمان tracer) از طریق تزریق یا تنفس یا ... وارد جریان خون می شود. پرتودارو متشکل از دو بخش می باشد: دارویی که با ایزوتوپ رادیواکتیو برچسب گذاری شده است. ایزوتوپ رادیو اکتیو در بدن متلاشی شده منجر به تولید اشعه های گاما می شود. برخلاف تصویربرداری معمولی صفحه ای که در پزشکی هسته ای استفاده می شود، این روش تصاویر 3 بعدی می دهد. کاربرد عمده ی این روش (که تصاویر 3 بعدی از فعالیت های متابولیکی داخل بدن ،می دهد)، تصویربرداری از تومور،استخوان های بدن، تیروئید و همچنین مطالعات مربوط به رشد و سرایت بیماری، می باشد.

PET

تصویری از یک دستگاه PET

مزیت عمده این روش تصویربرداری، گرفتن تصویر از عملکرد(function) و فیزیولوژی می باشد.در این روش ابتدا ماده پرتودارو، بوسیله تزریق یا تنفس وارد بدن می شود. بعد از مدت زمان کمی که بر حسب نوع پرتو داروی استفاده شده، متفاوت می باشد، پرتوداروی استفاده شده،در عضو هدف تجمع پیدا می کند (نوع پرتو دارو را بر این اساس انتخاب می کنیم که، عملکرد کدام عضو، مدنظر ماست.) پرتودارو، شامل رادیونوکلوئید (تابش کننده پوزیترون) است که بوسیله یک حامل وارد بدن می شود. بعد از تجمع رادیو ایزوتوپ در ناحیه هدف، رادیو ایزوتوپ تجزیه شده و ذرات پوزیترون تابش می کند. پوزیترون ها با الکترون ترکیب شده، پدیده نابودی، رخ می دهد. در این رخداد، دو فوتون گاما با زاویه 180 درجه، تابش می شوند. هر فوتون 511 کیلوالکترون ولت انرژی دارد. در صورتی که در دو آشکارساز مقابل هم، دو فوتون بصورت همزمان یا اختلاف زمانی در حد چند نانوثانیه، ثبت شوند، به اصطلاح رایج، یک "رخداد صحیح" بوجود آمده است. این دو ثبت که در مقابل هم واقع شده اند، تشکیل یک خط می دهند (line of response). مجموعه این رخدادها، در آشکار ساز، توزیع پرتودارو را نشان می دهند. در نتیجه ناحیه دقیق تجمع و مصرف پرتو دارو، اطلاعات فیزیولوژیکی از عضو مورد نظر را میدهد. برای نمونه اگر هدف مطالعه مغز باشد، از پرتوداروی حاوی گلوکز (که در فعالیتهای مغزی مصرف می شود )استفاده می کنند و توسط تصویر گرفته شده، ناحیه های فعال در مغز، در طی فعالیتی خاص مثل گوش دادن به موسیقی مورد مطالعه، مشخص می شوند.

MRI

تصویر گرفته شده از مغز توسط MRI

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی در تصویر برداری با این روش، اتم هایی مورد نیاز هستند که هم از نظر مغناطیسی فعال باشند (یعنی دارای ویژگی های اسپینی و ممان مغناطیسی بزرگ باشند تا بتوانیم هسته شان را مثل یک آهنربای کوچک با قطب N و S در نظر بگیریم.) و هم به مقدار لازم در اعضای بدن موجود باشد. هسته اتم هیدروژن علاوه بر اینکه از نظر مغناطیسی فعال می باشد، در مولکولهای چربی و نیز در مولکولهای آب (که 3/2 وزن بدن را نشکیل میدهد) موجودست. دستگاه MRI از 3 نوع مغناطیس کننده ساخته شده است. مغناطیس کننده دائم(که یکنواخت و ثابت است) ،میدان مغناطیسی قوی ای ایجاد کرده و هسته های هیدروژن را همسو می کند. هرچقدر این میدان قوی تر باشد، تصاویر نهایی SNR بالاتری خواهند داشت. البته به تبع قوی بودن آن، احتمال آسیب به بدن انسان نیز بالاتر می رود. فرکانس تشدید مربوط به هیدروژن در محدوده RF از طیف مغناطیسی ،واقع شده است .در نتیجه سیستم فرستنده و گیرنده امواج RF (رادیویی)در بدنه لوله ای شکل دستگاه MRI قرار گرفته است (البته می توان برای افزایش کیفیت تصاویر از کویل های سطحی که دور تا دور ناحیه مورد تصویر برداری از بدن را می پوشانند،استفاده کرد. به بیان علمی تر اکنون میدان مغناطیسی متغیر بازمانی (که فرکانس تغییراتش RF می باشد) توسط کویل عمود بر میدان یکنواخت ثابت اولیه، به هسته های یکسو شده هیدروژن اعمال می شود.این اتم ها از راستای اولیه منحرف شده (به بیان دیگر با گرفتن انرژی از امواج رادیویی بر انگیخته می شوند و به حالت انرژی بالاتری می روند) با قطع موقت میدان ثانویه،این آهنرباهای کوچک(هسته های هیدروژن)به حالت اولیه شان باز می گردند. در لحظه بازگشت، امواجی با فرکانس رادیویی یعنی RF تشعشع می کنند که توسط همان کویل ها، دریافت می شوند. امواج دریافت شده به جریان الکتریسیته تبدیل و به رایانه داده می شوند و رایانه با استفاده از عملیات پردازشی و تبدیل فوریه و ... تصویر تهیه می کند. روی هم رفته از سه میدان الکترومغناطیسی استفاده می شود: میدان مغناطیسی بسیار قوی و ایستا که میدان استاتیک نام دارد، میدان مغناطیسی ضعیف تر متغیر با زمان (در مجموع 1 کیلو هرتز) برای کد گذاری فضایی، که میدان گرادیان نام دارد و میدان مغناطیسی ضعیف با فرکانس رادیویی (RF) برای دستکاری در هسته هیدروژن برای تولید سیگنال های قابل اندازه گیری ، که کویل های RF نام دارد.

روش تصویر برداری MRI: اساس MRI مبتنی بر حرکت اسپینی هسته های اتم هیدورژن موجود در بدن است. این اسپین ها از اسپین های فردی پروتون ها و نوترون های درون هسته، ناشی می شود. با توجه با اینکه در اتم هیدورژن فقط یک پروتون وجود دارد، خود هسته یک اسپین خالص یا گشتاور زاویه ای دارد. این گشتاور زاویه ای را هسته های MR می نامند. با توجه به اینکه هسته هیدروژن دارای حرکت و بار مثبت است. پس طبق قانون القاء فاراده به طور خود به خود یک گشتاور مغناطیسی پیدا می کنند. و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی خارجی مرتب می شوند. برخی هسته های اتم هیدروژن با میدان هم راستا می شوند، و تعدا د کمتری از هسته ها پاد موازی با میدان مغناطیسی هم راستا می شوند. تاثیر میدان مغناطیسی خارجی ایجاد یک نوسان اضافی برای هسته های هیدروژن حول خود میدان است که این حرکت را، حرکت تقدیمی می نامند. برای آنکه تشدید هسته های هیدروژن رخ دهد، یک پالس RF با همان فرکانس حرکت تقدیمی به کار می رود. اعمال پالس RF که سبب تشدید هسته ها می شود، را تحریک می نامند. در نتیجه این تشدید هسته های هیدروژن هم راستا با میدان مغناطیسی خارجی باقی نمی ماند. به زاویه ای که بین هسته های هیدروژن و میدان مغناطیسی خارجی ایجاد می شود، زاویه فلیپ FA می گویند. اگر این زاویه 90 درجه باشد بیشترین مقدار انرژی به کویل های گیرنده القاء می شود. طبق قانون القاء فاراده اگر یک کویل گیرنده در صفحه حرکت این میدان مغناطیسی قرار گیرد، ولتاز در کویل القاء می شود. وقتی میدان مغناطیسی عرض صفحه کویل را قطع کند، سیگنال MR تولید می شود. این سیگنال نقاط فضای k یا فوریه را تشکیل می دهد، با تبدیل فوریه گرفتن از این فضا تصویر نهایی بدست می آید.

تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی PMRI: تصویر برداری MRI یک تکنیک پیشرفته و غیر تهاجمی است همچنین تصاویر MRI وضوح تصویر خوبی دارند، عیب اصلی این نوع تصویر برداری کندی سرعت آن می باشد. در تصویر برداری MRI گرفتن اطلاعات بصورت پركردن ماتريس فضاي فركانس مكاني (K-space) مي باشد كه اغلب بصورت سطر به سطر صورت مي گيرد. عامل اصلي در محدوديت سرعت اين روش تصويرگري، همين تعدد خطوطي است كه براي تشكيل تصوير با رزولوشن مطلوب لازم است. تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی یک رویکرد جدید برای ساختن تصوير به كمك تعداد كمتري از خطوط فضاي K است. تصویر برداری موازی روش های مختلفی را پیشنهاد می دهد که با جمع آوری خطوط کمتر فضای K می توان یک تصویر مطلوب برای تشخیص بیماری ایجاد کرد. تعداد خطوط کاهش یافته توسط عامل کاهش یا شتاب تعیین می شود. برای مثال عامل کاهش یا شتاب 2 نشان می دهد که تعداد خطوط فضای k به نصف تعداد معمولی خود کاهش یافته است. با استفاده از این روش می توانیم یکی از مهم ترین عوامل موثر بر زمان تصویر برداری MRI، تعداد گام های کدینگ فازی را که تاثیر مستقیم نیز بر رزولوشن دارد کم کنیم. بدین معنی که یک تصویر با ماتریس 128*128به 128نمونه برداری نیازمند است و اگر تعداد نمونه برداری نصف شود باعث نصف شدن زمان در ازای پایین آمدن رزولوشن تصویر می شود، با کمک تصویر برداری موازی می توان با تعداد نمونه برداری های کمتر رزولوشن مطلوب را به دست آورد. بدین ترتیب که در تصویر برداری معمولی پیش از هر نمونه برداری توسط یکی از گرادیان ها عمل کدینگ فاز، صورت می پذیرد تا نقاط مختلف از نظر فاز از یکدیگر متمایز شوند. ولی در تصویر برداری موازی هنگامی که المان های کویل در جهت کدینگ فازی قرار گرفته باشند، عمل کدینگ می تواند با استفاده از تفاوت حساسیت های المان های کویل ها صورت پذیرد و سبب کاهش فعالیت گرادیان کدینگ فاز شود. تصویر برداری موازی به تعدادي از گیرنده ها برای جمع آوری اطلاعات نیاز دارد. این تکنیک ها با استفاده از مجموعه سطوح کویل های قرار گرفته شده در کنار هم و گرفتن همزمان از چندین مجموعه داده کاهش یافته انجام می شود. به اين ترتيب آرایه اي از کویل هاي گیرنده برای کاهش بیشتر زمان جمع آوري داده ها به کار می روند. این روش به طور کلی با ساير روش های متداول تسریع تصویر برداری متفاوت است. حساسيت هریک از کویل ها تابعي از مكان است. در تصویر برداری موازی، داده های هر قسمت ، بوسيله تمامي كويل هاي گیرنده جمع آوري مي گردد. زیر مجموعه اخذ شده فضای K بوسيله هر كويل، اگر به تنهايي براي تشكيل تصوير به كار رود به خاطر عدم رعايت شرط فرکانس نایکوئیست داری بدنمایی است. رفع اين مشكل ممكن است كه در فضاي تصوير يا فضاي K انجام پذيرد. الگوریتم های مختلفی برای بازسازی تصاویر در تصویر برداری موازی به کار می رود مانند حساسیت کدینگ(SENSE )، تصویر برداری موازی حساسیت مکانی (SMASH)،(PILS)و(GRAPPA).

نیازهای تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی: یکی از مهم ترین ارکان تصویر برداری موازی کویل های گیرنده با آرایه های مناسب می باشد، که با توجه به نوع کاربرد انتخاب می شوند. آرایه کویل ها براي مثال شامل 2 تا 8 المان هستند. هندسه و چيدمان کویل¬ها برای رسیدن به SNR مطلوب بسیار حائز اهميت است، همچنین ثابت نگه داشتن حساسیت مكاني کویل ها در طول تصویر برداری مهم است. علاوه بر این تعیین کردن حساسیت های خاص برای اطمینان از بازسازی تصویر در تصویر برداری موازی، مهم است كه این نياز بوسیله انجام دادن اندازه گیری مرجع اضافی درشروع آزمایش برطرف می شود. می توان به طور تناوبی مرجع ویژه ای با گرفتن هر تصویر اعمال نمود.

کاربردهای تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی: تصویر برداری موازی می تواند برای کاهش زمان اخذ داده ها در ارتباط با همه رشته های موجود و مکانیسم کنتراست استفاده شود. این نوع تصویر برداری ویژگی های کنتراست را تغییر نمی دهد، بنابراین تصویر می تواند با همان روش ها مانند روش نقطه متقابل تفسیر شود. عامل شتاب در این تصویر برداری، عاملی است که تعداد خطوط فضای K نمونه برداری شده کاهش یافته را مشخص می کند. در تصاویر سه بعدی نیز به خاطر دو جهت بودن PE عامل شتاب حتی تا 4 افزایش می یابد. در این نوع تصویر برداری با کاهش تعداد گرادیان ها نویز نیز کاسته می شود.

fMRI

نوشتار اصلی: اف ام آر آی

تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI) یک نوع روش اندازه گیری فعالیت مغزی توسط شناسایی تغییرات مربوط به جریان خون است. انواع ابتدایی fMRI از کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) که توسط Ogawa شناسایی و معرفی شد، استفاده می‌کرد. این نوع تصویربرداری نوعی اسکن تخصصی از مغز و بدن است که برای نگاشت فعالیت‌های عصبی مغز و نخاع انسان‌ها و حیوانات از طریق تصویربرداری از تغییرات جریان خون (پاسخ همودینامیک) که وابسته به مصرف انرژی توسط سلول‌های مغزی است، صورت می‌گیرد. از اوایل دهه 1990، این روش تصویربرداری کارکردی به روش متعارفی برای تحقیقات علمی شناخته شد، زیرا برای انجام آن نیازی نبود که افراد تحت عمل جراحی قرار گیرند، یا به ماده‌ای تزریق شود و یا تحت تاثیر تابش اشعه‌ها قرار بگیرند.‎

تصویربرداری با امواج THz

در نوع تصویربرداری از امواج الکترومغناطیسی در محدوده فرکانسی 0.1 - 4 THz استفاده می شود. این محدوده از میانه مادون قرمز تا امواج مایکروویو را تشکیل می دهد. محدوده مادون قرمز بیشتر در مورد ساختار مولکولی اشیاء اطلاعات می دهد در حالی که محدوده مایکروویو در مورد ساختار کریستالی اشیاء اطلاعات می دهد. رزولوشن این شیوه از تصویربرداری در حد میلیمتر می باشد. به دلیل ماهیت غیرتهاجمی و ویژگیهای منحصر به فردی که تکنولوژی تراهرتز دارد، این نوع سیستم تصویرگری به سرعت کاربرد خود را در دهه گذشته افزایش داده است. کاربرد تصویرگری با امواج تراهرتز در تشخیص سرطان پوست، سرطان سینه، حفرههای دندان، در دهه گذشته بسیار پرکاربرد گشته است. همچنین مطالعات نشان داده است که تصویرگری تراهرتز، به خاطر شفافیت بالا میتواند در تصویرگری از میزان بهبود آسیبهای پوستی موثر باشد. علت این شفافیت، تغییر میزان رطوبت و ساختار پروتئینی سلولها میباشد که در اثر سوختگی ایجاد میشود. در محدوده طیف الکترومغناطیسی تراهرتز (300 گیگاهرتز – 3 تراهرتز) آب علاوه بر خاصیت جذب بسیار بالای خود، بسیار هم خاصیت دیالکتریکی از خود نشان میدهد. بنابراین کوچکترین تغییرات در میزان رطوبت بافت منجر به بازتابشهای متعدد میگردد که این امر به تصویرگری بسیار کمک میکند .

اولتراسوند

دستگاه تصویرگر با امواج مافوق صوت مکانیکی

ريشه لغوي كلمه سونوگرافي از واژه انگلیسی sound به معني صوت و نيز graphic به معني شكل و ترسيم گرفته شده و ultrasound از ultra به معني ماورا یا همان فرا و نيز sound به معني صوت يا صدا گرفته شده است.

كاربرد امواج فراصوت

كاربرد تشخيصي (سونوگرافي)

1. بيماريهاي زنان و زايمان (Gynocology) مانند بررسي قلب جنين، اندازه ‌گيري قطر سر (سن جنين)، بررسي جايگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهاي پستان. اين امواج به علت اينكه مانند تشعشعات يونيزان عمل نمي‌كنند. بنابراين براي زنان و كودكان بي‌خطر مي‌باشند.
2. بيماريهاي مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسي تومور مغزي، خونريزي مغزي به صورت اكوگرام مغزي يا اكوانسفالوگرافي.
3. بيماريهاي چشم (ophthalmalogy) مانند تشخيص اجسام خارجي در درون چشم، تومور عصبي، خونريزي شبكيه، اندازه ‌گيري قطر چشم، فاصله عدسي از شبكيه.
4. بيماريهاي كبدي (Hepatic) مانند بررسي كيست و آبسه‌ كبدي.
5. بيماري‌هاي قلبي (cardology) مانند بررسي اكوكار ديوگرافي.
6. دندانپزشكي مانند اندازه‌گيري ضخامت بافت نرم در حفره‌هاي دهاني.

كاربرد درماني (سونوتراپي)

1. كاربرد گرمايي (برای مثال به منظور سوزاندن تومور و همچنین در مواردی به منظور تحریک نورون ها در بیماری های نورولوژیکی از امواج فراصوت استفاده می شود)

بر اساس آمارگیری انجام شده اولتراسوند(امواج فراصوت) بیشترین کاربرد را نسبت به سایر روش های تصویربرداری، دارد که قطعا ایمنی بالا و عدم استفاده از اشعه های یونیزه کننده از یک طرف، هزینه پایین و حمل و نقل آسان، از سوی دیگر، در کنار ویژگی های کم نظیری همچون ارائه تصویر به صورت realtime که کاربرد زیادی در جراحی و ...دارد، دلیل این همه استفاده از این روش می باشد. اگرچه ضعف های این روش، گاهی ما را به سمت استفاده از روش بسیارگران قیمت MRI، یا استفاده از روش کم ایمنی CT سوق می دهند.

از جمله ضعف ها و محدودیت های این روش، عدم عبور این امواج از استخوان و گاز و هوا می باشد که باعث شده روش ایده آلی برای تصویر برداری از سینه و ریه و روده(بخاطر وجود گازهای روده ای) و ساختمان های داخلی تر،همچون آئورت و پانکراس، نباشد. همچنین بعلت تضعیف این امواج در بافت های بدن، این روش برای تصویربرداری از اعضای داخلی بدن افراد بسیار چاق، غیر قابل استفاده می باشد .

از بسیاری مدالیته های مطرح شده که برخی از آن‎ها در این بخش معرفی شدند در تصویربرداری عصبی استفاده می‌‌شود، از جمله آن‌ها:

• FMRI
• FSL
• PET
• PET/CT

تصویربرداری چند مدالیته ای

تصویربرداری چند مدالیته به عنوان تصویربرداری از یک شئ با دو یا چند مدالیته و رجیسترکردن تصاویر در زمان و مکان تعریف می شود. اولین دستگاه چند مدالیته SPECT/CT بود که در سال 1990 توسط Bruce Hasegawa پیشنهاد شد. در اواخر دهه 1990 اولین اسکنرهای PET/CT ساخته شدند ولی با این وجود هنوز شک هایی در مورد اهمیت و نقش این دستگاه ها وجود داشت. اما امروزه تقریبا غیر ممکن است که یک اسکنر PET خریده شود ولی همراه با اسکنر CT نباشد. موفقیت PET/CT باعث شد تا سؤال هایی در مورد آینده این دستگاه ها به وجود آید: آیا ترکیب های مدالیته های تصویربرداری دیگر نقش مهمی در تحقیقات پزشکی و شناسایی بیماریها می توانند داشته باشند؟ اگر این چنین است آیا ترکیب های موفق، ترکیب تکنیک های تصویربرداری آناتومیکی و عملکردی است یا ترکیب دو مدالیته عملکردی یا آناتومیکی نیز مفید است؟ آیا یک سری قواعد برای پیشرفت این ذستگاه های چند مدالیته ای وجود دارد؟

پیش از ظهور اسکنرهای چند مدالیته PET/CT و SPECT/CT این کار توسط رجیستر کردن نرم افزاری داده ها انجام می شد و برای بافت هایی با هندسه مشخص و حرکت محدود مثل مغز بسیار خوب عمل می کرد ولی در بسیاری از اعضای دیگر رجیستر کردن تصاویر به دلیل تغییر در مکان بیمار در طی دو تصویربرداری جدا، تغییرات زمانی بین دو اسکن که ممکن بود چند روز یا هفته طول بکشد و اطلاعات محدود به دست آمده از تصاویر(به خصوص تصاویر PET وSPECT) بسیار دشوار بود. با این وجود این روش ها برای نشان دادن ارزش تصویربرداری چند مدالیته ای مهم بودند و هنوز برای رجیستر کردن مدالیته هایی که برای آن ها دستگاه های چند مدالیته ای وجود ندارد استفاده می شوند. در دستگاه های چند مدالیته بیمار از روی تخت تکان نمی خورد و یک مختصات مشخص و ثابت برای انتقال بین تصویرهای حاصل از دو سیستم وجود دارد .

PET/CT

نوشتار اصلی: پت-سی تی

پیشنهاد ترکیب PET و CT در سال 1991 مطرح شد ولی نمونه اصلی اسکنرهای PET/CT در سال 1998 کامل شد. اولین طراحی آن که در مراکز پزشکی استفاده شد در سال 2001 بود. از سال 2001 تا کنون تمام فروشنده های دستگاه های پزشکی حداقل یک طراحی PET/CT را تولید کرده اند در نتیجه از سال 2006 فروش PET/CT جایگزین PET شده است.

در یک دستگاه بیمار ابتدا از میان اسکنر CT رد می شود و سپس وارد اسکنر PET می شود.دو روش مختلف برای استفاده از PET/CT وجود دارد:

1. داده های CT به PET اضافه شده است. در این مورد کافی است که کیفیت تصاویر CT در حدی باشد که ساختارهای مورفولوژی مشخص شوند. در نتیجه تصویربرداری CT با یک دز پایین بدون نیاز به ماده ی حاجب انجام می شود. اطلاعات تصاویر CT برای تصحیح تضعیف تصاویر PET استفاده می شود. این کاربرد در مقایسه با تصویربرداری سنتی PET سریعتر، کم هزینه تر و دقت تشخیص بالاتری دارد.
2. جدا از PET، تصویربرداری CT ممکن است برای به دست آوردن اطلاعات تشخیصی و دقت مناسب انجام شود. این به معنای استفاده از دز کامل برای تصویربرداری CT است. استفاده از ماده حاجب معمولا ضروری است و از یک پروتکل تنفسی استفاده می شود .

• کاربردها

استفاده از PET/CT به عنوان یک وسیله تشخیصی و staging در تومورشناسی بسیار گسترده است. در تشخیص سرطان های شش، گردن، سینه، پروستات، روده و... کاربرد دارد.

SPECT/CT

نوشتار اصلی: سپکت-سی تی‎

این شیوه ابتدا در دهه ی 1990 توسط hasegawa و همکارانش در دانشگاه سانفرانسیکو به کار گرفته شد. آن ها یک اسکنر CT را پشت سر یک دوربین SPECT قرار دادند. اولین طراحی تجاری توسط Hawkeye با ترکیب یک منبع کم انرژی اشعه X با یک دوربین SPECT انجام شد .

SPECT/CT ،اطلاعات کاربردی را توسط SPECT و اطلاعات آناتومیکی را از CT به دست می آورد. داده های CT همچنین برای تصحیح تضعیف داده های SPECT استفاده می شوند. SPECT/CT از یک اسکنر CT و دوربین گامای جدا از هم و یک تخت مشترک تشکیل شده است. ترکیب داده های CT و SPECT مانند PET/CT انجام می شود.

• کاربردها

در مطالعه تومورها و تصویربرداری از قلب برای مثال تشخیص سرطان تیروئید، تومورهای اندوکرین، غده های لنفاوی، توده های مغزی، مشکلات استخوانی، مکان یابی دقیق تومرهای خوش خیم پاراتیروئید، تشخیص عفونت و التهاب، تصویربرداری از عضله قلب، ارزیابی جراحت شریان کرنوری و... کاربرد دارد.

PET/MRI

ایده ی ترکیب PET/MRI در سال 1990 قبل از این که PET/CT به صورت تجاری در دسترس قرار گیرد به وجود آمد. برخلاف PET/CT که دو جزء تشکیل دهنده پشت سر هم قرار میگیرند و از طریق تخت بیمار به هم مرتبط می شوند در PET/MRI، اسکنر PET درون دستگاه MRI قرار گرفته و امکان تصویربرداری همزمان فراهم شده است .

• مزیت های PET/MRI بر PET/CT

MRI نه تنها اطلاعات آناتومیکی با رزولوشن فضایی بالا فراهم می کند و کنتراست بافت نرم آن نسبت به CT بسیار بیش تر است امکان استفاده از FMRI و MRS را نیز فراهم می کند.مزیت دیگر MRI بر CT عدم حضور تشعشعات یونیزه کننده است. معمولا نیازی به تزریق عامل های کنتراست زا که ممکن است تأثیرات جانبی بر بیمار داشته باشد، نیست. تصویربرداری همزمان PET وMRI زمان تصویربرداری را کاهش می دهد همچنین آرتیفکت های حرکتی بین دو تصویر کاهش می یابند. مشکلات PET/MRI را می توان در هزینه بالا سرعت کم و دشواری در تصحیح تضعیف تصاویر PET دانست.

ملاحظات طراحي در سيستم هاي PET/MRI

ساخت سيستم تركيبي PET/CT نسبتا راحت بوده و با تركيب دو روش تصويربرداري موجود بدون تغيير تكنولوژی يا عملكردشان صورت می‌گيرد، در مقابل تركيب PET و MRI نيازمند اصلاحات قابل توجهی بويژه در تكنولوژی آشكارساز PET می باشد. براي توسعه يك اسكنر PET كه بتواند به‌صورت تركيبی با يك اسكنر MR كار كند بايد بر دو محدوديت عمده غلبه كرد كه يكی محدوديت فضای داخل مغناطيس داخل MR و ديگر تداخل بين دو دستگاه(تداخل بين سيگنال‌های RF و گراديان‌های MRI و سيگنال‌های الكترونيكی PET) است.

طراحي اسكنر

بطور كلي سه روش اصلی براي تحقق يك اسكنر تركيبی PET/MRI وجود دارد.ساده ترين روش اين‌ است كه دو اسكنر به‌صورت متوالی به يكديگر متصل ‌گردد (tandom) و يك تخت مشترك مورد استفاده قرار می‌گيردوMRI و PET بصورت متوالی يكی بعد از ديگري در دو اسكنر جدا عكس می گيرند.اين روش اجازه می دهد داده‌های PET و MRI بصورت متوالی و نه همزمان بدست آيد.اين راه از لحاظ اقتصادی به صرفه ترين راه است، چرا كه تنها پيشرفت تكنولوژی استفاده شده در آن عايق بندی قويتر ميدان مغناطيسی MR برای كاهش تاثير آن در كارايی دستگاه PET نزديك به آن، و وجود تختی است كه در هردو اسكنر قابل استفاده باشد.
روش طراحی ديگر PET insert است، كه slip-fit ها داخل قطر MRI قرار می گيرد. ميدان ديد هر دو اسكنر منطبق می‌گردد و بدست آوردن داده‌ها بصورت همزمان صورت می گيرد. مزايای اين روش اين است كه اسكنر ‌MRI می تواند به تنهايی مورد استفاده قرار گيرد و اسكنر PET مي‌تواند در مواقع لزوم گذاشته يا برداشته شود.
بالاترين انعطاف پذيری در انجام تصويربرداری پيشرفته با يك ماشين whole-body PET/MRI فراهم می گردد كه حلقه آشكارساز ‌PET در داخل محفظه MRI بصورت كامل يكپارچه گرديده است. همچنين امكان تصويربرداری همزمان whole body PET و MRI در اين روش فراهم گرديده است تا توانايي هر دو تكنيك مورد استفاده قرار گيرد..

آشكار سازی در PET/MRI

عملکرد ضرب‌کننده‌های نوری

آشكارساز PET معمولا از كريستال‌های جرقه زن و تيوب‌های ضرب كننده نوری بسيار حساسPMT (به انگلیسی: Photomultiplier tub)‏تشكيل شده است. كريستال‌های جرقه زن اشعه‌های گاما را به فلش های نوری ضعيف تبديل می كند و تيوب‌های ضرب كننده نوری، اين نور را به سيگنال‌های الكتريكی تبديل می كند. PMT از يك تيوب خلاء بزرگ و يك ميدان الكتريكي قوی براي شتاب الكترونی به‌منظور بدست آوردن دامنه زياد سيگنال‌ الكتريكي استفاده می كند.ميدان‌های مغناطيسی می‌تواند مسير الكترون‌ها را تحت تاثير قرار دهد و منجر به يك تغيير قابل توجه در بهره شود. بنابراين PMT به شدت به ميدان مغناطيسی حساس است و نمی‌تواند براحتی به‌عنوان آشكارسازهای نوری در تركيب PET/MRI مورد استفاده قرار گيرد. همچنین PMT ها ابزارهای حجيمی با طول در حد چندين سانتيمتر هستند كه نياز به فضای بسيار زيادی دارد تا بتواند داخل يك محفظه MRI قرار گيرد.

تیوب ضرب کننده‌ نوری

فوتو ديودهای آوالانچ (APD) جايگزين مناسبی برای ‌PMT در سيستم‌ ‌PET می‌باشد. اين فوتو ديودها داراي بهره 1000 وبالاتر هستند وتغييرات بهره آن‌ها تابعی خطی از ولتاژ باياس است و تغييرات بهره با افزايش ولتاژ افزايش می يابد. همچنين بهره آن‌ها باافزايش دما كاهش می‌يابد. عدد نويز بسته به بهره از دو تا ده تغيير می كند . APD بسيار فشرده است و به ميدان‌هاي مغناطيسی بسيار بزرگ نيز كاملا غير حساس هستند و بنابراين يك گزينه خوب برای آشكارسازهای نور جرقه زن در سيستم PET/MRI هستند..

SiPM

يكی ديگر از آشكارسازهای نوری، Sipmها(به انگلیسی: Silicon photomultiplier)‏ هستند كه ماتريسی از GM-APD ها(به انگلیسی: Geiger-mode avalanche photodiode)‏ می باشد كه بوسيله يك لايه مقاومتی به‌صورت موازی به يكديگر متصل گرديده اند. اين آشكارسازها كوچك، سبك و غيرحساس به ميدان مغناطيسی هستند و در اشكال مختلف و به‌صورت آرايه های يك بعدی و دوبعدی پياده سازی مي شوند .

مواد آشكار ساز PET

يك آشكارساز PET كه درون يك سيستم MRI كاملا يكپارچه می‌شود، نيازمند قرار دادن اجزای مختلفی در داخل يك ميدان مغناطيسی است. بنابراين ملاحظات سازگاری مغناطيسي اين مواد برای حفظ كارائی MRI ضروری است زیرا MRI نسبت به مغناطيس پذيری‌های(به انگلیسی: susceptibility)‏ مختلف بسيار حساس است. برای حداقل كردن اعوجاج در تصاوير MRI بايد مواد سازنده آشكار ساز PET مغناطيس پذيری نزديك به بافت‌های بدن انسان داشته باشد. درنتيجه لزوما نمی‌توان گفت مواد غيرمغناطيسی كاملا با MRI سازگارند. علاوه بر مغناطيس‌پذيری رسانايی مواد هم نقش مهمی دارد چرا كه جريان‌های‌EDDY كه بوسيله ميدان‌های RF و گراديان‌ MRI القاء می شود می‌تواند منجر به خراب شدن طيف MR ، ناهمگونی و اثرات ديگر در تصاوير MR شود. علاوه برآن مواد با ساختارهای با مقاومت الكتريكی پايين می‌تواند هم دامنه و هم پلاريزاسيون RF را تحت تاثير قرار دهد و باعث افت كيفيت تصوير بدليل نوسانات ميدان B1 شود.يديد‌‌سديم با ناخالصي تاليم [NaI(Tl)] ، يديد سزيم با ناخالصي تاليم [CsI(Tl)] ژرمانانات بيسموت[BGO] و اكسی ارتوسيليكات لوتتيوم[LSO] رفتار مغناطيس پذيری تقريبا مشابه بافت بدن انسان دارند.مواد بايد علاوه بر سازگاری مغناطيسی ورسانايی پايين، عدد اتمي و چگالي بالايی داشته باشند.
ساير روش‌ها برای كاهش مواد مورد نياز در ميدان ديد MRI بوسيله تحقيق در روش‌های هدايت نور حاصل از جرقه‌ها به خارج از اسكنر MR (يا حداقل خارج از ميدان ديد MRI) دنبال می شود. با اين روش می‌توان PMT های حساس را خارج از ميدان مغناطيسی قرار داد و نياز به مواد سازگار از نظر رسانايی و مغناطيسي درون MRI را كاهش داد. برای این منظور از فیبرهای نوری برای انتقال نور حاصل از جرقه‌زن‌ها استفاده می‌شود..

معرفی برخی سیستم‌های طراحی شده

استفاده از فیبرهای نوری بلند

از فيبرهای نوری برای قرار دادن اجزای حساس به ميدان مغناطيسی در خارج از آن استفاده گرديده است. كريستال‌های LSO بصورت يك به يك به فيبرهای نوری به طول 4 متر متصل شده اند تا بدين وسيله نور ضعيف حاصل از جرقه به خارج از ميدان مغناطيسی قوی و PMTهای حساس هدايت شود. اين تركيب باعث مي‌شود آشكارسازهاي PET بتوانند در اسكنرهای بزرگتر MR و با شدت ميدان تا چهارو هفت دهم تسلا كار كند.فيبرهای نوری بلند منجر به كاهش رزولوشن انرژی و زمان ،افت كيفيت شناسايی بوسيله كريستال‌ها و كاهش كارائی سيگنال PET می‌شود. علاوه بر آن يك اسكنر مبتنی بر فيبرهای نوری فضای زيادی را درون محفظه MRI اشغال می كند. .
ساير روش‌های تركيب PET و MRI از آشكارسازهای معمولی PET مبتنی برPMT ها و طراحی های پيشرفته مغناطيس مانند split-magnet استفاده می كنند.در روش split-magnet از يك آهنربای ابررسانا با شدت يك تسلا1T كه به‌صورت فعال عايق بندی شده است و با يك شكاف 80 ميليمتری در جهت شعاعی ميدانB0 استفاده می‌كنند. از اين شكاف برای جاسازی 24 بلوك12*12 آشكارساز LSO و دسته‌هاي فيبرهاي نوري با طول 120 سانتيمتر كه به‌میزان قابل توجهی كوتاه‌تر از فيبرهای استفاده شده بوسيله Marsden يا Raylman می باشد استفاده شده است. تيوب‌هاي PMT حساس به ميدان مغناطيسي در شدت ميدان حدود 30 ميلي تسلا قرار دارد. طراحي آهن ربا وسيم پيچ گراديان نسبت به دستگاه‌هاي MRI استاندارد پيچيده تر و گران‌تر شده و شدت ميدان نيز محدود شده است . در مقابل تغيير مورد نياز در آشكارساز PET ، افزايش طول فيبر نوري از 10 سانتيمتر به 120سانتيمتر مي‌باشد(طول فيبرهاي نوري نسبت به روش قبل كه طول فيبرها 4متر بود كاهش يافته است). همچنين طراحی split-magnet نيازی به آوردن فيبرهای از راستای شعاعی به راستاي محوری و دسته‌بندی آن‌ها ندارد و لذا يكی از بزرگ‌ترين محدوديت‌های گسترش ميدان ديد محوری در سيستم‌های PET/MRI مبتنی بر فيبر نوری برداشته می‌شود.

استفاده از فیبرهای نوری کوتاه

Catana و همكاران يك سيستم PET/MRI را طراحی نمودندكه در آن از تركيب فيبرهای نوری كوتاه و APD ها استفاده شده است. فيبرهای نوری كه برای هدايت نور جرقه‌ها به خارج از ميدان ديد MRI (ولی نه خارج از آهن ربا) استفاده می‌شد تنها 10 سانتيمتر طول داشت. مزيت اين روش اين است كه تمام مواد فلزی يا رسانا كه يكنواختی ميدان MR را برهم می‌زند در خارج از ميدان ديد MR قرار می‌گيرد، ولی فيبرهای نوری نيز به اندازه كافی كوتاه هستند تا كيفيت سيگنال PET حفظ شود. فيبرهای كوتاه تداخل بين سيگنال RF ، سيم پيچ گراديان و آشكار ساز APD را به حداقل مي‌رساند. بلوك‌هاي كريستال توسط APDهای حساس به موقعيت و از طريق فيبرهای نوری قرائت می‌شود.

ترکیب تصویربرداری هسته ای و سیستم های تصویربرداری نوری

این روش ترکیب دو تکنولوژی تصویربرداری مولکولی است که به دلیل احتیاج به تصویربرداری همزمان از چندین هدف مولکولی به وجود آمده است. یک کاربرد این تکنولوژی ترکیبی استفاده از تصویربرداری تمام بدن PET/SPECT برای هدایت یک نمونه بردار نوری با اندوسکوپ یا کاتتر و فراهم کردن یک نگاشت با رزولوشن بالا از سیگنال های فلورسنت در مکان های مشکوکی که در اسکن های PET و SPECT دیده می شوند، است.

سیستم های ترکیبی X-Ray/MRI

این سیستم ها ترکیب دو تکنیک تصویربرداری ساختاری برای کاربردهای مداخله گرایانه هستند. تصویربرداری اشعه X رزولوشن فضایی و مکانی بالایی دارد ولی فقط تصاویر دو بعدی ایجاد می کند در حالی که MRI اگرچه کندتر است ولی تصاویر 3 بعدی فراهم می کند که برای مکانیابی دقیق کمک می کند. در یک تحقیق، یک سیستم تصویربرداری اشعه X درون حفره MRI قرار گرفته و برای جایگذاری شانت رگی در کبد، تصویربرداری مفصلی، کاشتن سید (seed) پروستات، تصویربرداری از مثانه و ناهنجاری های شریانی استفاده شده است.

ترکیب MRI و تصویربرداری نوری

در تصویربرداری نوری از بافت ها اطلاعات ساختاری کمی به دست می آید بنابراین دلایل خوبی برای ترکیب تصویربرداری نوری با تصویربرداری ساختاری و سه بعدی MR وجود دارند. کاربردهای آن شامل تصویربرداری از حیوانات کوچک، تصویربرداری از سینه و مغز است. با داشتن داده های تصویربرداری نوری، تصاویر MR برای مشخص کردن مرز بافت هایی با ویژگی های نوری متفاوت استفاده می شود و در نتیجه دقت بازسازی 3 بعدی تصاویر نوری را بالا می برد.

تفاوت با پرتوشناسی

در این مقاله و مقالات مربوطه، «پرتوشناسی» زیرمجموعه‌ای از تصویربرداری پزشکی تعریف گردیده است. در تصویربرداری پزشکی، روش‌هایی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی یا میکروسکوپ الکترونی عبوری یا میکروسکوپ پراب پویشی یا میکروسکوپ الکترونی روبشی که معمولاً کاربرد مستقیم بالینی ندارند نیز در نظر گرفته شده اند، حال آنکه پرتوشناسی (یا رادیولوژی) مختص محیط‌های بالینی تعریف گردیده است.

جستارهای مربوطه

• رادیولوژی
• مقطع نگاری رایانه ای
• پت-سی تی
• ماموگرافی
• فلوئوروسکپی
• تشدید مغناطیسی هسته
• مقطع نگاری همدوسی اپتیکی

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ تصویربرداری پزشکی موجود است.