کاربرد فیزیک در پزشکی هسته ای

احتمالا در بیمارستان یا حداقل در فیلم های تلویزیون بیمارانی را دیده باشید که برای درمان سرطان تحت پرتودرمانی قرار می گیرند. در پرتودرمانی از شتاب دهنده های ویژه برای تولید پرتوی مناسب جهت نفوذ به درون بدن بیمار استفاده می شود. برای نمونه میتوان از سیستم ها و روش های پرتوی گاما، سایبرنایف، لیناک و توموتراپی نام برد. هدف ما در این مقاله شناساندن روش های تصویربرداری در پزشکی هسته ای است. دو روش اول چگونگی تصویر برداری در پزشکی هسته ای را شرح می دهند و دستگاه معرفی شده چاقویی است بسیار برنده تر و دقیق تر از تیغ جراحی که تنها قسمت مورد نظر جراح را می برد.

تابش پوزیترون (pet)
پت (pet) مخفف عبارت positron emission tomography به معنای توموگرافی انتشار پوزیترون است. در این روش جفت اشعه گامایی که از مولکول های بیولوژیکی فعال به طور غیر مستقیم در بدن ساطع می شود به وسیله ردیاب پوزیترون آشکار می گردد. مواد رادیواکتیو به درون بدن تزریق می شوند. وقتی مواد رادیواکتیو تزریق شده به بدن با الکترون های درون سلول برخورد می کنند، جفت اشعه گاما تولید می شود. در واقع طی فرآیند تولید زوج یک پوزیترون دو اشعه گاما ساطع می کند. اشعه گامای تولیدی به دلیل انرژی و برد بالا می تواند از بدن عبور کند، در صورتی که در روش های دیگر الکترون یا پرتوهای تولیدی دیگر برد کمتری دارند و نهایتا می توانند به سلول مجاور خود نفوذ کنند. در روش پت با دنبال کردن این اشعه های گاما تصویربرداری انجام می شود. در یک پت اسکن همانطور که گفته شد، ابتدا به بیمار مواد رادیواکتیو تزریق می شود، سپس بیمار روی تخت صاف دراز می کشد. این تخت به درون یک اتاقک استوانه ای شکل وارد می شود، در دیواره های این اتاقک دنبال کننده های گاما به صورت آرایه دایره ای شکل قرار گرفته اند. این دنبال کننده ها یک سری کریستال های scintillation دارند که هر کدام به یک تقویت کننده نوری متصل است. این کریستال ها اشعه های گامای ساطع شده از بیمار را به فوتون های نور تبدیل می کنند. تقویت کننده نوری، این فوتون ها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و آنها را تقویت می کند. کامپیوتر این سیگنال ها را پردازش کرده و تصویر را تشکیل می دهد. سپس تخت بیمار جابجا شده و این فرآیند تکرار می شود. در نتیجه یک سری تصویر از عضوی که در آن تزریق شده (مثل مغز، کبد و …) به دست می آید این تصاویر کنار هم قرار می گیرند تا یک تصویر سه بعدی از عضو مورد نظر به وجود آید.

شماتیک نحوه عملکرد سیستم پت اسکن از زمان تلاشی جفتی تا زمان نمایش بر صفحه رایانه

پت می تواند تصاویری از جریان خون و دیگر فعالیت های بیوشیمیایی بدن، بسته به اینکه چه نوع مولکولی به دام اتم های رادیواکتیو افتاده است تهیه کند. به عنوان مثال می تواند تصاویری از متابولیسم گلوکز در مغز تهیه کند. با این حال مراکز پت کمی در دنیا وجود دارد، چون این مراکز باید در کنار یک شتاب دهنده ذرات ساخته شوند تا بتوان رادیوایزوتوپ های مورد استفاده در این روش را تأمین کند.
ایران از سال 2001 دو دستگاه پت اسکن مشغول به کار دارد که یکی از آنها در بیمارستان دکتر شریعتی است.

تابش تک فوتون (spect)
اسپکت روشی بسیارشبیه به پت است با این تفاوت که ایزوتوپ های مورد استفاده در این روش (که عبارتند از زنون-133، تکنتیوم-99، لودین-123) زمان واپاشی طولانی تری دارند و به جای تابش 2 اشعه گاما یک اشعه گاما تابش می کنند. این روش نیز می تواند اطلاعاتی در مورد جریان خون و پراکندگی مواد رادیواکتیو در بدن ارائه دهد، البته تصاویر آن حساسیت کمتری دارند و جزئیات کمتری را نسبت به تصاویر پت نشان می دهند. اما مزیت مهم این روش نسبت به روش پت این است که به گرانی روش پت نیست. در ضمن تعداد مراکز اسپکت بیشتر از مراکز پت هستند، چون در این موارد دیگر نیازی نیست که مراکز در کنار یک شتاب دهنده ساخته شوند.

چرا پت اسکن مورد نیاز است؟
پت اسکن معمولا در کنار اشعه ایکس و یا MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) استفاده می شود. پزشکان از پت اسکن به عنوان یک تست تکمیلی در کنار روش های اصلی دیگر استفاده می کنند. آنها برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر در مورد سلامتی بیمار از این روش استفاده می نمایند. اطلاعات بیشتر، اطلاعاتی است که پزشک را در جهت انتخاب و یافتن روش درمانی موثرتر یاری می کند. استفاده از فن آوری های تصویربرداری ترکیبی ممکن است کلیدی به منظور متوقف کردن و حتی جلوگیری از بیماری های دیگر هم باشد.

بزرگترین مزیت پت اسکن، در مقایسه با MRI اسکن و یا اشعه ایکس، این است که می تواند عملکرد بدن بیمار را نسبت به آنچه به ظاهر سالم می آید نشان دهد.

چاقوی گاما
گامانایف دستگاهی است که با استفاده از پرتو گاما در جراحی مغز و اعصاب از آن استفاده می شود. در واقع به جراح مغز و اعصاب این امکان را می دهد که جراحی های مغز را بدون استفاده تیغ جراحی و فقط با استفاده از پرتو انجام دهد. اشعه مورد استفاده در گامانایف از 201 چشمه از هم جدا تولید می شود و با استفاده از dose planning به یک باریکه اشعه بسیار کنترل شده به هدف مورد نظر در مغز تابیده می شود. این کار توسط کامپیوتر های بسیار سریع محاسبه می شود. تابشی دقیقا بر اساس موقعیت، اندازه و شکل هدف محاسبه می شود به طوری که هدف را کاملا نابود کرده ولی بر روی بافت های سالم اطراف کمترین اثر را می گذارد. در این روش بیمار هیچ گونه دردی را احساس نمی کند و می تواند خیلی زود پس از جراحی فعالیت های عادی خود را از سر بگیرد.
لازم به ذکر است، مرکز گامانایف ایران در سال 1381 توسط بنیاد خیریه کامرانی تاسیس گردید.

در این مقاله سعی کردیم گوشه ای از کاربرد علم فیزیک در پزشکی را بیان کنیم. اما آیا شاخه ای از علم، می تواند بدون تاثیر از علم فیزیک به حیات خویش ادامه دهد؟

منابع
– دانشنامه ویکی پدیا
– سایت مدیکال نیوز تودی