سی‌تی اسکن | CT Scan

توموگرافی | Tomography

برش‌نگاری یا توموگرافی  نوعی تصویربرداری سه‌بعدی است. در برش‌نگاری، تصویری که به دست می‌آید تنها سایهٔ دوبعدی از حجمی سه‌بعدی نیست، بلکه عکس برشی از حجم است که ممکن است در هر یک از سه جهتِ فضا باشد. شناخته‌شده‌ترین برش‌نگاری، برش‌نگاری رایانه‌ای یا سی‌تی‌اسکن است که فیزیکدان انگلیسی، گودفری هاونسفیلد، در سال ۱۹۷۲ آن را برای کاربرد در پزشکی پیشنهاد کرد و در سال ۱۹۷۹ جایزه نوبل پزشکی را برای او به ارمغان آورد.

توموگرافی که بر پایه اشعه مادون قرمز عمل می‌کند به ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح بدن رخ می‌دهد، گفته می‌شود

تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده می‌شود، الگوی حرارتی سطح بدن را نشان می‌دهد. در توموگرافی، آشکار ساز، تشعشع حرارتی دریافت شده را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند و سپس آن را علاوه بر تقویت، پردازش می‌کند تا روی یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور قابل مشاهده شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ دیده می‌شوند، یعنی سطوح سردتر به رنگ سایه‌های خاکستری روشن نمایان می‌شوند. در توموگرافی رنگی، نواحی گرم، رنگ قرمز و نواحی سر ، رنگ روشن خواهند داشت.

از آنجا که درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر می‌کند از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی بیماری استفاده می‌شود.

به عنوان مثال می‌توان از شیوه تشخیصی توموگرافی در تشخیص سرطان پستان نام برد. این شیوه تشخیصی علاوه بر اینکه کاملا بدون درد است، سریع و ارزان هم هست و از همه مهم تر به دلیل بی ضرر بودن می‌توان آن را بارها تکرار کرد.

ترموگرافی در مامائی نیز کاربرد دارد. جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. بنا بر این درجه حرارت حاصله در محلی که جفت قرار دارد به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از بافت‌های اطراف است. پس می‌توان از توموگرافی، جهت تعیین دقیق محل جفت استفاده کرد.

اولین تصویر توموگرافی کامپیوتری – سی‌تی اسکن – از مغز انسان 50 سال پیش، در 1 اکتبر 1971 گرفته شد. هانسفیلد هرگز موفق نشد تا این روش را بر روی اهرام مصر آزمایش کند اما اختراع او، سبب شد تا به استکهلم و کاخ باکینگهام برود.

توموگرافی کامپیوتری(Dental Cone Beam CT) 

توموگرافی کامپیوتری(Dental Cone Beam CT) ، نوع خاصی از تجهیزات تصویربرداری اشعه ایکس بوده و هنگامی که تصویربرداری دندان یا صورت معمولی پاسخگوی نیاز نباشد ، از این دستگاه استفاده می شود. به طور معمول از این دستگاه استفاده نمی شود چرا که امواج آن به نسبت دستگاه های تصویربرداری دهان و دندان معمولی ، بیشتر است. این نوع از سی تی اسکن ، با استفاده از فناوری ای خاص ، در قالب یک اسکن تصاویر سه بعدی ای از ساختار دندانی ، بافت های نرم ، مسیر اعصاب و استخوان های ناحیه جمجمه و سر تولید می کند. تصاویر به دست آمده از توموگرافی کامپیوتری(Dental Cone Beam CT) ، اطلاعات دقیق تری برای درمان فراهم می آورند.

Cone Beam CT با سی تی اسکن معمولی تفاوت داشته اما تصاویر تولیدی آن ، مشابه تصاویری است که سی تی اسکن معمولی تولید می کند.

در دستگاه Cone Beam CT ، پرتوافکن اشعه ایکس مخروطی شکلی به دور بیمار حرکت کرده و تعداد زیادی تصاویر که به آنها View نیز می گویند ، تولید می کند. هر دو اسکنر سی تی اسکن و Dental Cone Beam CT تصاویر بسیار با کیفیتی تولید می کنند.

توموگرافی کامپیوتری(Dental Cone Beam CT) به منظور تولید انواع مشابه تصاویر اما با دستگاهی بسیار کوچک و ارزان تر ، که قابلیت نصب در مطب های سرپایی داشته باشد ، توسعه یافته است.

توموگرافی کامپیوتری(Dental Cone Beam CT) تصاویر با جزئیاتی از استخوان را ارائه داده و برای ارزیابی بیماری های فکی ، وضعیت دندان ها ، ساختار استخوانی صورت ، حفره بینی و سینوس ها استفاده می شود اما به خصوص در ارزیابی بافت نرم مانند عضلات ، غدد لنفاوی ، دیگر غدد و اعصاب اطلاعات تشخیصی کاملی که می توان با CT معمولی به آنها دست یافت را ارائه نمی هد. با این حال Cone Beam CT در مقایسه با سی تی اسکن معمولی از مزیت پرتوی کمتر برخوردار است.

سی تی اسکن نوآوری یک مهندس

هانسفیلد در آغاز جنگ جهانی دوم به نیروی هوایی سلطنتی بریتانیا پیوست. اما چندان سرباز موفقی نبود. با این‌حال، او رابطه خوبی با ماشین‌آلات الکترونیکی داشت – به خصوص رادار تازه اختراع شده‌ای که او با کمک هیئت داوران و با هدف کمک به خلبانان در یافتن راه خانه در شب‌های تاریک و ابری، راه‌اندازی کرد.

پس از جنگ، هانسفیلد به توصیه فرمانده خود عمل کرد و مدرک مهندسی گرفت. او تجارت خود را در EMI شروع کرد – این شرکت به دلیل فروش آلبوم‌های بیلتز بیشتر شناخته شد. اما با تمرکز بر مهندسی الکترونیک و برق، کار خود را به عنوان مهندس برق شروع کرد.

استعدادهای طبیعی هانسفیلد او را به سوی رهبری تیم ساخت پیشرفته‌ترین رایانه مرکزی موجود در بریتانیا سوق داد. اما در دهه 60، EMI می‌خواست از بازار رقابتی کامپیوتر خارج شود و مطمئن نبود که با مهندس برجسته خود چه کند.

هانسفیلد درحالیکه در تعطیلات اجباری ناشی از معلق شدن شرکت بود و قرار بود به کارهایی که در آینده قصد انجام دارد فکر کند، با پزشکی ملاقات کرد که از کیفیت پایین اشعه ایکس مغز شکایت داشت. اشعه ایکس ساده جزئیات شگفت‌انگیزی از استخوان‌ها را نشان می‌داد اما مغز همانند لکه‌ای بود که هیچ شکل خاص و یا جزئیاتی نداشت – در عکس‌برداری اشعه ایکس همه چیز شبیه مه است. این باعث شد تا هانسفیلد به ایده قدیمی خود برای یافتن ساختارهای پنهان بدون باز کردن جعبه فکر کند.

یک رویکرد جدید نادیده‌های قبلی را آشکار کرد

هانسفیلد روش جدیدی را برای نزدیک شدن به مشکل تصویر برداری از آنچه داخل جمجمه است، اختراع کرد.

ابتدا، او از نظر مفهومی مغز را به تکه‌های متوالی تقسیم می‌کرد – مانند یک قرص نان. سپس او برنامه‌ریزی کرد که یک سری اشعه ایکس را در هر لایه بتاباند و این کار را برای هر درجه از یک نیم دایره تکرار کند. سپس قدرت هر پرتو در طرف مقابل مغز ثبت شود – با پرتوهای قوی‌تر که نشان می‌دهد این پرتوها از مواد با چگالی کمتری عبور کرده‌اند.

درنهایت، هانسفیلد مبتکرانه‌ترین اختراع خود یعنی الگوریتمی برای بازسازی تصویر از مغز را ارائه کرد. او با استفاده از مهندسی معکوس و استفاده از سریع‌ترین رایانه‌های جدید دوران خود توانست میزان فضای داخلی نواحی کوچکی که برای مغز متصور شده بود را، محاسبه کند.

اما مشکلی وجود داشت: EMI در بازار پزشکی شرکت نداشت و تمایلی به ورود به این حوزه نیز نشان نمی‌داد. این شرکت به هانسفیلد اجازه داد تا بر روی محصول خود کار کند اما بودجه بسیار اندک بود. او مجبور شد از لوازم ضایعاتی استفاده کند تا یک دستگاه اسکن اولیه را سرهم کند – این دستگاه به اندازه‌ای کوچک بود که بر روی یک میز نهارخوری قرار می‌گرفت.

حتی با اسکن موفقیت‌آمیز اشیاء بی‌جان و بعدا مغز گاو، سیاست‌های شرکت EMI زندگی او را کماکان تحت تاثیر قرار می‌داد. او اگر می‌خواست با یک دستگاه، بدن و مغز انسان را اسکن کند به بودجه بیشتری نیاز پیدا می‌کرد.

هانسفیلد مخترع باهوش و شهودی بود، اما ارتباط موثری نداشت. خوشبختانه او یک رئیس دلسوز به نام «بیل اینگام» داشت که ارزش پیشنهاد هانسفیلد را می‌دانست و برای ادامه پروژه با EMI مذاکره کرد.

او می‌دانست که هیچ کمکی وجود ندارد که بتواند بودجه را به سرعت دریافت کند. اما استدلال کرد که وزارت بهداشت و تامین اجتماعی بریتانیا می‌تواند تجهیزاتی برای بیمارستان‌ها خریداری کند. به طرز معجزه‌آسایی، اینگام چهار اسکنر را حتی قبل از ساختن به آن‌ها فروخت. بنابراین، هانسفیلد تیمی را مدیریت کرد و آن‌ها مشغول به ساخت یک اسکنر ایمن و موثر برای انسان شدند.

در همین حین، هانسفیلد به بیمارانی نیاز داشت تا دستگاه را مورد آزمایش قرار دهد. او یک متخصص مغز و اعصاب پیدا کرد که با اکراه قبول کرد تا کمک کند. این تیم یک اسکنر با اندازه کامل را در بیمارستان اتکینسون مورلی در لندن نصب کردند و در 1 اکتبر 1971، اولین بیمار خود را اسکن کردند: زنی میانسال که علائم تومور مغزی داشت.

انجام اسکن فرآیند چندان سریعی نبود. 30 دقیقه زمان برای انجام اسکن نیاز بود. سپس باید نوارهای مغناطیسی برای پردازش به قسمت دیگری از شهر برده می‌شد. 2.5 ساعت پردازش داده‌ها در رایانه‌های مرکزی EMI و گرفتن تصاویر با دوربین پولاروید نیاز بود.

در نهایت، در قسمت چپ پیشانی این بیمار یک توده کیستیک به اندازه یک آلو پیدا شد. بدین ترتیب، هر روش دیگری که پیش از این برای تصویربرداری از مغز وجود داشت، منسوخ شد.