حدودا نیم قرن پیش بود که اولین تصویر سی تی «CT» از یک بیمار، پوشش نامرئی بین چشمان ما و درون بدن انسان را برداشت و پنجره‌ای رو به اندام‌های بدن ما باز کرد که شبیه هیچ چیز دیگری نبود. اگر بخواهیم نگاهی به آمار و ارقام بیاندازیم باید بدانید که امروزه تنها پزشکان ایالات متحده بیش از ۸۰ میلیون اسکن در سال را تجویز می‌کنند. مقطع‌نگاری رایانه‌ای با اشعه‌ی ایکس «X-ray computed tomography» یا سی تی اسکن، در اغلب موارد سریع‌ترین راه برای تشخیص عوامل بیماری‌زای مرموز و ناپیدا در بدن است.

با استفاده از سی تی اسکن می‌توان بیماری‌های قلبی، تومور، لخته شدن خون، شکستگی‌ها، خونریزی‌های داخلی و غیره را تشخیص داد. همچنین این تکنیک شگفت‌انگیز می‌تواند به جراحان در مورد آنچه که در داخل بدن بیمار در جریان است، اطلاعاتی دهد و او را در درمان سرطان و سایر بیماری‌ها راهنمایی کند. در همین راستا سال‌هاست که دانشمندان به طور مداوم این فناوری عکس‌برداری را بهبود می‌بخشند تا سرعت آن را سریعتر و وضوح را بالاتر ببرند در حالی که میزان تشعشع دریافتی بیماران رو به کاهش باشد. مسلما این سی تی اسکن های پیشرفته، می‌توانند مناظری با جزئیات بیشتری از بدن انسان را ترسیم کنند، بنابراین در این مقاله در این مقاله قصد داریم تا نگاهی به برخی از پیشرفت‌های عمده‌ی سی تی اسکن در طی ۵۰ سال گذشته بیاندازیم، پس ما را همراهی کنید.

سی تی اسکن چگونه انجام می‌شود؟

روش عکسبرداری سی تی را می‌توان شامل آشکارسازی و اندازه‌گیری هزاران پرتوی ایکس پراکنده شده از زوایای مختلف در نظر گرفت. در حالت کلی نحوه‌ی عملکرد این روش به این شکل است که یک منبع اشعه ایکس در اطراف بدن فرد بیمار می‌چرخد و پرتوهای ایکس را از استخوان، خون و بافت‌های بدن عبور و سپس دریافت و اندازه‌گیری می‌کند! زمانی که داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط آشکارسازها به کامپیوتری متصل شود، می‌توانند یک نمای مقطعی از آنچه در داخل بدن است را بر اساس جایی که اشعه ایکس کم و بیش جذب می‌شود، تشکیل دهد. همچنین با حرکت دادن میز نگهدارنده‌ی بیمار و تاباندن پرتوهای اشعه ایکس در امتداد بدن، بازسازی‌های سه بعدی از اندام‌ها امکان‌پذیر خواهد بود. جالب است بدانید که مواد مختلف سطح متفاوتی از جذب اشعه‌ی ایکس را دارند، به این معنی که به عنوان مثال کلسیم موجود در استخوان به شدت این اشعه را جذب می‌کند، در حالی که بافت‌های نرم کم‌تر چنین قابلیتی دارند!

تولد فناوری سی تی اسکن

در سال ۱۹۷۱، رادیولوژیستی به نام جیمز امبروز «James Ambrose» در بیمارستانی در لندن، اولین سی تی اسکن یک بیمار را با همکاری مهندسی به نام گادفری هانسفیلد «Godfrey Hounsfield» که مخترع فناوری عکاسی به ابن سبک بود، را ثبت کردند. هانسفیلد از مهندسین شرکت الکترونیکی EMI بود که شهرت آن بیشتر مدیون ضبط موسیقی‌های گروه بیتلز است. اسکن گرفته شده از بیمار، تصویری از یک تومور در مغز زنی با عرض و طول ۸۰ پیکسل بود که جزئیات زیادی را ارائه نمی‌کرد. اما به خوبی پتانسیل‌های این فناوری را به نمایش می‌گذاشت. گفته می‌شود که جراحی که بعداً تومور این زن را عمل کرد با شگفتی زیادی اذعان داشت که تومور دقیقاً شبیه تصویر سی تی بود!

در سال ۱۹۷۱، اولین سی تی اسکن از مغز یک بیمار با تومور مغزی (دایره‌ی تیره در سمت چپ بالا) گرفته شد.

در گذشته و قبل از اختراع سی تی اسکن، پزشکان به منظور تشخیص موقعیت تومور مجبور بودند که هوا را به ستون فقرات تزریق بیمار تزریق کنند. سپس بیمار را می‌چرخاندن تا هوا به نواحی اطراف مغز برسد و کنتراست تصاویر استاندارد اشعه ایکس افزایش یابد. این روش به معنی واقعی کلمه دردناک و رنج‌آور بود و بیماران به طور معمول استفراغ می کردند. اما با ابداع روش سی تی اسکن این شکنجه خیلی زود به خاطره‌ها پیوست!

ارتقای سی تی اسکن در گذر زمان

در ابتدا، سی تی اسکن‌ها تنها برای تصویربرداری از مغز طراحی شده بودند. اما خیلی زود محققان از این فناوری برای گرفتن تصاویر مقطعی یا برش‌هایی در نقاط مختلف بدن استفاده کردند. همچنین در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰، به جای گرفتن تصویر از مقاطع مختلف بدن به شکل جداگانه، تصویربرداری را به شکل مارپیچ و پیوسته در اطراف بدن انجام می‌دادند. در چنین حالتی یک عضو کامل بدن، مانند ریه‌ها، تنها با یک حرکت تصویربرداری می‌شد! البته باید بدانید که طی این روش همچنان وضوح تصویر پایین بود. بنابراین به منظور افزایش وضوح تصاویر از اسکنرهای سی تی با ردیف‌های متعددی از آشکارسازهای اشعه ایکس استفاده شد تا با تصویربرداری از چندین مقطع از بدن به طور همزمان و در طول مسیر مارپیچی این مشکل را حل کنند.

در همین راستا سازندگان اسکنرهای سی تی از تعداد بیشتری آشکارساز استفاده می‌کردند و می‌توانستند مقاطع بیشتری را در یک لحظه ثبت کنند. امروزه، اسکنرها سی تی نسبت به گذشته پیچیده‌تر هستند و می‌توانند تا ۳۲۰ مقطع را در لحظه تصویربرداری کنند. بنابراین تمام پیچیدگی‌های نهفته در درون بدن انسان، از رشته‌های پیچیده‌ی رگ‌های خونی تا گذرگاه‌های عبور هوا در ریه‌ها، برای همه قابل مشاهده است!

دستگاه‌های سی تی اسکن جدید با ردیف‌های متعددی از آشکارسازهای اشعه‌ی ایکس، می‌توانند چندین مقطع یا برش از بدن را به طور همزمان تصویربرداری کنند و وضوح تصویر را بهبود ببخشند. تصویری از ریه‌های فرد مبتلا به آمفیزم «Emphysema» با اسکن ۱۲۸ مقطعی! تصویر دو بعدی ریه (سمت چپ) و یک بازسازی سه بعدی (راست) و رنگی

مقطع‌نگاری رایانه‌ای با دو انرژی یا سی تی اسکن دو انرژی

به لطف تکنیکی به نام سی تی با دو انرژی «Dual-energy CT» که در سال ۲۰۰۶ معرفی شد، پزشکان می‌توانند به جای استفاده از یک پرتوی تک انرژی، از دو پرتوی اشعه ایکس در انرژی‌های مختلف استفاده کنند. مزیت استفاده از این تکنیک در این است که اسکنرها موارد درونی بدن را با دقت بالاتری بررسی و ثبت می‌کنند. درواقع همانطور که قبلا هم اشاره شد، مواد مختلف، مقدار جذب متفاوتی از اشعه‌ی ایکس را دارند، بنابراین با به بررسی و آنالیز جذب اشعه در مواد مختلف، می‌توان درک کرد که با تغییر انرژی، جذب چگونه تغییر می‌کند. به عنوان نمونه در عملیات سی تی با دو انرژی، می‌توان بین انواع مختلفی از بلورها در بین مفاصل که می‌توانند عامل آرتروز باشند، تمایز قائل شد. بلورهای اورات نشان‌دهنده‌ی نقرس هستند و وجود بلورهای حاوی کلسیم به نقرس کاذب اشاره می‌کند.


نقرس کاذب، نوعی آرتروز است که از رسوب بلورهای پیرو فسفات کلسیم تشکیل می‌شود و معمولاً روی زانوها و مچ دستان تأثیر می‌گذارد.


به این ترتیب، سی تی اسکن می‌تواند بدن انسان را در ابتدایی‌ترین سطح خود (مواد تشکیل‌دهنده آن) به نمایش بگذارد!

تاریخچه سی تی اسکن

در این تصویر سی تی اسکن با دو انرژی، بیماری نقرس نمایش داده شده است، وجود بلورهای اورات (نمایشی سه بعدی و به رنگ سبز) در مفاصل دست (سفید و بنفش) کاملا مشخص است!

ظهور سی‌تی اسکن بر مبنای شمارش فوتون

به طور کلی اکثر دستگاه‌های سی تی اسکن این قابلیت را دارد که تابش ایکس را به طور غیر مستقیم اندازه‌گیری کنند؛ به این شکل که در ابتدا دستگاه اشعه ایکس را به نور مرئی و سپس آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. اما امروزه عصر جدیدی از فناوری CT در حال ظهور است و به حذف واسطه‌ها روی آورده است. در همین راستا در ماه سپتامبر، سازمان غذا و داروی ایالات متحده «U.S. Food and Drug Administration» اولین سی تی اسکن بر مبنای شمارش فوتون «Photon-counting» را معرفی و تایید کرد.

به منظور درک این دستگاه جدید باید بدانید که اشعه‌ی ایکس را می‌توان نوعی از امواج پر انرژی در نظر گرفت که از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده است. با توجه به همین سازوکار هم دستگاه‌های سی تی اسکن بر مبنای شمارش فوتون، تک تک فوتون‌های اشعه ایکس را اندازه‌گیری می‌کنند؛ در چنین حالتی تصاویر واضح‌تر و با جزئیات بیشتری ثبت می‌شود. همچنین این نوع از سی تی، همچون سی تی با دو انرژی این قابلیت را دارد که مواد مختلف داخل بدن را شناسایی کند.

سی تی اسکن بر مبنای شمارش فوتون

استفاده از سی تی اسکن بر مبنای شمارش فوتون به دلیل تصاویری با وضوح بالا، بسیار ارزشمند است. به منظور درک بهتر می‌توانید سی تی اسکن معمولی مچ دست شکسته (سمت چپ، شکستگی با فلش نشان داده شده است!) را با نمایش شکستگی و ساختار استخوان مچ در اسکن شمارش فوتون (راست) مقایسه کنید.

فراتر از بدن انسان‌ها

اگرچه سی تی اسکن کارکردهای زیادی در علم پزشکی دارد، اما این امر مانع از آن نشده است که دیگر محققین به سودمندی این فناوری در تحقیقات خود پی نبرند. جالب است بدانید که دانشمندان زیادی در زمینه‌های متنوعی از جمله باستان‌شناسی، زیست‌شناسی و فیزیک از این فناوری برای درک بهتر هر چیز از بقایای مومیایی گرفته تا بررسی نحوه‌ی ایجاد ترک در بتن و آناتومی حیواناتی مانند مارمولک استفاده می‌کنند.

کاربردهای سی تی

بازسازی سه بعدی و رنگی از مارمولکی خاص که با استفاده از سی تی اسکن ایجاد شده است، در این تصویر اسکلت حیوان مایل به سفید و زره‌ی استخوانی آن به رنگ سبز نشان داده شده است.

آینده‌ی سی تی اسکن در ۵۰ سال آینده

علیرقم همه این پیشرفت‌های صورت گرفته در این حوزه، برخی از محققان هشدار می‌دهند که رابطه‌ی عاشقانه پزشکان با سی تی اسکن بیش از حد پیشرفت کرده و سمی شده است، چراکه استفاده‌ی غیرضروری از آن ممکن است با مشکلاتی همراه باشد! در مواردی عکس‌برداری‌های غیرضروری می‌تواند نگرانی افراد را بالا ببرد و در حالت‌هایی که مشکلات جدی‌ای وجود ندارد، منجر به آزمایش‌های اضافی، گران قیمت و اضطراب‌آور شود. همچنین در مواردی استفاده از این فناوری اقدامات سریع برای انجام یکسری درمان‌ها را کند می‌کند که در صورت عملکرد سریع‌تر، به بهترین وجه برطرف می‌شوند. البته طبیعتا نمی‌توان انکار کرد که در صورت لزوم، سی تی اسکن ابزاری است که جان بسیاری از افراد را نجات داده و می‌دهد. درواقع به نظر می‌رسد که این فناوری در دهه‌های آینده به عنوان پایه‌ی اصلی پزشکی و علم باقی می‌ماند و همچنان راه خود را در قلب، ریه‌ها، مغز و هر جای دیگر ما باز می‌کند.