پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

سايبرنايف ، راديوسرجری استريوتاكتيک بدون نياز به قاب

 

امروزه نقش راديوسرجري استريوتاكتيك (جراحي غير تهاجمي به وسيله تشعشع) براي درمان ضايعات و تومور ها به خوبي اثبات شده است. سايبرنايف يك سيستم راديوسرجري استريوتاكتيك است كه اجازه درمان راديوسرجيكال ضايعات را مي‌دهد. اين سيستم از يك جفت دوربين اشعه ايكس متعامد تشكيل شده است و نيز   يك شتاب دهنده خطي سبك وزن كه بر روي يك ربات نصب شده است و اجازه دسترسي به زواياي مختلف را مي دهد و پرتوهاي درماني رابدون استفاده از قاب كلاه مانند به هدف مورد نظر مي رساند.

واژه راديوسرجري استريوتاكتيك اولين بار توسط دكتر لارس لسكل سوئدي در دهه 50 به وجود آمد و در دهه 60 دستگاه راديوسرجري منحصر به فرد گاما نايف به وجود آمد كه داراي منبع راديواكتيو كبالت 60 است. نوع ديگر از منبع انرژي در سيستم هاي راديوسرجري شتاب دهنده خطي است كه اولين بار توسط بتي و كلومبو در اواسط دهه‌80 به وجود آمد و تا به آن زمان از راديوسرجري براي درمان تومورهاي مغزي استفاده مي كردند. در اين سيستم هاي به وجود آمده تا اين زمان از يك قاب كلاه مانند براي ثابت كردن سر استفاده مي كردند و اشعه مورد نظر را به تومور با ضايعه مورد نظر مي تاباندند كه در گاما نايفاز 201 منبع راديواكتيو كبالت 60 استفاده مي كردند كه بر روي قاب قرار گرفته بود و اشعه به مركز قاب تابيده مي شد جايي كه سر بيمار آنجا قرار مي‌گرفت. در دهه 90 سيستم جديدي به نام سايبرنايف به وجود آمد كه در آن نيز از شتاب دهنده خطي براي درمان ضايعات مغزي استفاده مي كردند با اين تفاوت كه ديگر از قاب هاي ثابت كننده سر استفاده نمي كردند و اين يكي از مشكلات را كه مي بايست قاب بر روي سر با پيچ ثابت مي شد را حل كرد و در سال 2000 از سايبرنايف براي درمان بيماري هاي ريه اي استفاده شد و امروزه از آن براي درمان  سرطان استخوان و بافت نرم، سرطان مغز، سرطان سر و گردن، سرطان ريه، سرطان متاستاتيك، پانكراس و ساير سرطان گوارش، سرطان پروستات و ... استفاده مي شود.

سيستم سايبرنايف
سايبرنايف يك راديوسرجري استريوتاكتيك با راهنماي تصويري است كه با استفاده از راديـوگـرافـي اشعـه ايكـس بـه صـورت realtime- در اتـاق درمـان و عكـس برداري سه‌بعدي به دست آمده قبل از شروع درمان و تركيب اين تصاوير مكان دقيق درمان را تعيين مي كند و پرتوهاي تابشي به طور مستقل از طريق شتاب دهنده خطي (LINACs) كه بر روي يك ربات سوار شده به محل مورد نظر منتقل مي شوند. 
ايـن مفهوم اساسي بدون تغيير باقيمانده است، اما پيشرفت هاي قابل توجهي در سيستم هاي جديد نسبت به سيستم هاي دهه گذشته صورت گرفته است.

برنامه ريزی درمان 
برنامه ريزي درمان با به دست آوردن يك يا چند تصوير سه بعدي آغاز مي شود كه اجازه مي دهد تا حجم هدف و ارگان هاي مجاور كه در معرض خطر پرتو هستند مجسم شود. با استفاده از اين تصوير سه بعدي موقعيت هر اشعه مشخص مي شود و هر پرتو توسط يك بردار كه نقطه مبدا و نقطه جهت را به‌هم وصل كرده توصيف مي شود. به طور كلي، تعـداد نامحدودي از هر دو نقطه مبدا و جهت مي‌توانند با سيستم انتقال به هم برسند. نقطه مبدا در موقعيت نقطه كانوني شتاب دهنده است و نقطـه جهـت كه معمولا در داخل حجم هدف تـــــوســـــط كـــــاربـــــر بـــــا اســتــفـــــاده از داده هـــــاي تـصويربرداري تعريف مي شوند. هرنقطه مبدا يـك گـره نـامـيده مي شود و مجموعه كاملي از گره‌ها و مسيرها مشخص مي شوند. مجموعه مـسيرهاي مختلف براي ارائه طيف وسيعي از پرتوها در محل هاي درماني داخل و خارج بافت ساخته شده اند. در آغاز روند برنامه ريزي درمان مـسـيـرهـاي مـنـاسـب بـراي هر بيمار به صورت دستي انتخاب مي شود. تعداد گره در مسيرهاي مختلف مي تواند در محدوده 133 - 23 باشد. 
نقاط جهت بر اساس مد توليد اشعه به طور اتــومــاتـيــك تـعـيـيـن مـي شـود، ايـنـكـه هـم مـركـز (isocentric) بـاشـد يـا غـيــر هـم مـــركـــز (non-isocentric). مد هم مركز به كاربر اجازه مي‌دهد تا يك يا چند مركز ساختگي در مدل بيمار انتخاب شود و يك پرتو انتخابي از هر گره به هر مركز ساختگي برسد. مد غير هم مركز نياز به داشتن توانايي در هدايت بازوي رباتيك در جهت هدايت پرتو در يك نقطه خاص در بيمار را دارد، و تعداد زيادي نقاط جهت (معمولا بين هزار تا شش هزار) نيمه تصادفي در حجم هدف و توزيع يكنواخت ميان گره ها براي شكل گرفتن مجموعه پرتوهاي انتخاب شده ايجاد مي كند. كـاربر مي تواندبراي جلوگيري از تابيدن اشعه ها به بافت هاي مجاور از  روش‌هايي براي به حداقل رساندن دز استفاده كند. مد هم مركز دز را در شكلي ماننديك كره در اطراف مركز ساختگي توليد مي كند. پس در اين مرحله مسيرهاي تابش پرتوها مشخص مي شوند.

تحويل درمان
تنظيم پرتو در زمان درمان بر اساس تصاوير راديوگرافي ديجيتالي (DRRs) توليد شده ازمـدل سـه بعـدي بيمـار، همـراه بـا عكس هايي كه به طور زنده با استفاده از سيستم تصويربرداري اشعه ايكس در اتاق درمان به دست مي آيد. نتايج اين دو تصويرمستقل، كه يكي به صورت زنده از اتاق درمان بدست مي آيد و ديگري از راديوگرافي ديجيتالي با هم تركيب مي شوند و توسط geometric back projection تبديل به يك تصوير سه‌بعدي مي شود. 
در شروع درمان، سيستم هدايت تصوير اشعه ايكس، بيمار را با استفاده ا ز ميزدرمان تنظيم مي كند. ميز داراي 5 محور و تخت داراي6 محور است و با تنظيم آن ها موقعيت بيمـار را در جـاي منـاسب قرار مي دهيم و هدف از اين تنظيمات اوليه براي كاهش اصلاحات با استفاده از بازوي ربات است. پس از اينكه بيمار در محدوده مناسب قرار گرفت، سيستم هدايت تصوير اصلاحات دقيق موقعيت را براي تنظيم هر پرتودرماني تعييـن مـي كنـد. ايـن اصـلاحـات مـربـوط بـه بـازوي ربـاتيـك اسـت و جبـران خـودكار حركت‌هاي كوچك هدف توسط تغيير موقعيت شتابدهنده صورت مي گيرد، يعني تنظيم موقعيت و جهت گيري پرتو نسبت به بيمار ، نه بيمار نسبت به پرتو. در طول درمان، ربات در دنباله گره هاي انتخاب شده در طول برنامه ريزي درمان حركت مي كند و در هر گره بازوي رباتيك، شتاب دهنده خطي را در جهت مناسب قرار مي دهد تا اشعه به بيمار تابيده شود.
اكتساب تصوير، تعيين محل هدف، و تنظيم اصلاحات به طور مستمر در طول درمان مـكــررا انـجــام مــي شــود و بــه طـور معمـول هـر ثـانيـه 30-60 انجـام مـي شـود؛ فـاصلـه تصوير‌برداري را مي توان در طول درمان بر اساس پايداري و موقعيت هدف تنظيم كرد. بازوي رباتيك براي جبران تغييرات و چرخش هاي كوچك بر اساس اصلاحات به دست آمده از جفت تصوير به دست آمده در نظرگرفته شده است، در جا به جايي ها و چرخش هاي بزرگ دستگاه به طور خودكار مكث كرده و اپراتور به سرعت بيمار را قبل از اقدام درمان در موقعيت مناسب قرار مي دهد. جابه جايي مي تواند به طور خودكار با استفاده از تخت يا ميز جبران  شود. دقت جايگذاري دز با تصويربرداري از هدف و مكان اصـلاح پـرتـو در طـول درمـان بـه طـور مـتـنـاوب تـضمين شده است. در اين نوع درمان استريوتاكتيك قاب مورد نياز نيست، چون اگر هدف حركت كند سيستم رديابي پرتوها قادر است كه به صورت realtime حركت هدف را دنبال كند و بيمار مي تواند آزادانه تنفس داشته باشد. 

سخت افزارهای موجود در سيستم سايبرنايف شتاب‌دهنده خطی
شتاب دهنده خطي از اشعه ايكس استفاده مي كند. اين دستگاه يك دوز يكنواخت از اشعه ايكس پرانرژي به تومور بيمار تحويل مي دهد. شتاب دهنده خطي از تكنولوژي مـايكـروويـو استفـاده مـي كنـد و الكتـرون ها در قسمـت شتـاب دهنـده wave guide شتاب داده مي‌شوند و پرتوي درماني MV 6 اشعه ايكس با نـرخ  دوز cGy 1000 در دقيقـه تـوليـد مـي كنـد. طراحي جمع و جور اجازه مي دهد تا كه به يك آهـنـربا خم كننده نياز نداشته باشد. چرا كه در نـــوع‌‌ قـــديـمــي تــر شـتــاب دهـنــده هــاي خـطــي فوتون‌هاي پرانرژي اشعه ايكس الكترون ها را در مسيرهاي خم مانند در اطراف تومور بيمار تحويل مي دادند. همچنين فيلتر مسطح كننده پرتو وجود ندارد. تنظيم ثانويه پرتو با استفاده از دوازده كوليماتور ثابت مدور با قطر در محدوده 6-5/0 سانتي متر انجام مي شود. اين كوليماتورها را مي توان به صورت دستي يا به طور خودكار تــنــظــيـــم كـــرد. روش ديــگــر بــراي تـنـظـيــم ايــن كــولـيـمــاتـور‌هـا اسـتـفـاده از IrisTM Variable Aperture Collimator است.

بازوی رباتيک

شتـاب دهنده خطي بر روي بازوي رباتيك نصب مي شود و داراي شش محوراست كه در شكل زیر مي توانيد آن را ببينيد و اجازه مي دهد شتـاب دهنـده بـه صـورت سه بعدي در فضاي كاري در اطراف بيمار با دقت بالا چرخش كند. بازوي رباتيك اجازه مي دهد تا هر يك از پرتو درماني در هر نقطه در فضاهدايت شود. بازوي رباتيك همچنين براي جبران تغيير در موقعيت و جـهــت گـيــري هــدف در طــول درمـان استفـاده مـي‌شـود و  پـرتـو را بـا مـوقـعـيـت بـيـمـار تـنـظـيـم مي‌كندو اين يكي از نوآوري هاي اين سيستم است، يعني تنظيم پرتو به سمت هدف به جاي آوردن هدف در راستاي پرتو.

سيستم تصوير برداری اشعه ايكس
دو منبع تشخيصي پرتو ايكس در اين پروسه وجود دارد كه در سقف نصب شده است و دو آشكـار سـاز وجـود دارد كـه در زيـر تخت قرار مــي‌گـيــرنــد. آشـكــارســازهــاي ايــن سـيـستـم در مـدل‌هـاي قـديـمـي تر به صورت عمود برهم با زاويه 90 درجه بودند كه در زير تـخـت قـرار مـي گـرفـت و تـصـاويـر گـرفـتـه شده توسط منابع اشعه ايكس جمع آوري شده و با اسـتـفــاده از ايــن دو آشـكـارسـاز كـه دو صـفـحـه سيليكون غيرشفاف هستند تصويري با وضوح تـقـريبا بالاي ديحيتالي ايـجــاد مــي كـرد. در سـيـسـتـم‌هـاي امروزي از آشكارسازهاي اشعه ايكس با پنل هاي تخت، هم سطح با كف استفاده مـي‌شـود و تـصـاويـري ديجيتالي با وضــــوح بـــالاتـــر (1،024 *‌ 1،024 پــيــكــســـل بـــا رزولوشن 16 - بيتي) ايجاد مي كنند. منابع اشعه ايكـس و آشكـارسـازهـاي ثـابـت هستنـد، منـابـع اشعه ايكس زاويه 45 درجه را با محور عمودي مي سازند. براي حذف اعوجاج در ارتباط با 45 درجـه زاويـه بـيـن هـر يـك آشكارساز و  محور تصويربرداري مركزي پرتو از نرم افزار هاي اصلاح كننده استفاده مي شود.

نتيجه گيری
براي نتيجه گيري مي توان مزاياي اين سيستم را نسبت به سيستم هاي مشابه چون گاما نايف و ايكس نايف مقايسه كرد:
- ‌عدم نياز به قاب براي فيكس كردن هدف
‌- بازوي رباتيك محدوده حركتي بالاتري را نسبت به گانتري موجود در ايكس نايف دارد.
- ‌براي تمام قسمت هاي بدن مي توان از آن استفاده كرد در صورتي كه گاما نايف فقط براي مغز كاربرد دارد.
- ‌در گاما نايف فقط يك بار مي توان به درمان نايل شد درحالي كه در سايبر نايف مي‌توان در يك روز دو يا چند بار درمان را انجام داد.
- ‌مجراي اشعه متحرك است و مي توان آن را به سمت هدف حركت داد.
- ‌بيمار استرس كمتري دارد چون نياز به بي حسي يا بيهوشي نيست.

 

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

 

 

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، سیستم رادیوسرجری استریوتاکتیک ، سایبرنایف ، Cyberknife