پزشكي هسته‌اي
در پـزشكـي،از مواد راديواكتيو در دو بخش استفـاده مـي‌شـود: يكـي تصـوير برداري با مواد راديواكتيو و ديگري راديوتراپي.
تشعشع
1) پرتوهاي ذره‌اي (particular radiation)
2 ) پرتوهاي الكترومغناطيسي
. radiation(M.) E
تشعشع الكترومغناطيسي مربوط به حركت اسپين هاست كه‌اين اساس عملكرد MRI است ولـي در پـرتـوهـاي ذره‌اي وارد حركت ذره‌اي پروتن و هسته مي‌شويم (برخورد‌هاي پروتن و پزيترون)
تصويربرداري در پزشكي هسته‌اي
تصـويـر بـرداري پزشكي هسته‌اي از آشكار كردن فوتون‌هايي با انرژي بالا ساخته مي‌شود. بـسـيــاري از مــراحــل‌ايــن فــرايـنــد شـبـيـه فـراينـد تــشــخــيــصـــي راديـــولــوژي اســت. تـفــاوت‌ايــن تـصــويــربــرداري بــا راديــولــوژي ايــن اســت كــه پـزشـكـي هـسـتـه‌اي شـامـل تشعشع مواد تابشي ازبافت ياارگان زير آزمايش است در حالي كه راديولوژي شامل انتقال يا تابش در ميان بافت مي‌باشد.
كاربرد‌هاي كلينيكي
در پزشكي هسته‌اي به وسيله ي تزريق مواد راديـــواكــتــيـــو بـــه بـــدن بــيــمـــار آن را نـشــان دار مي‌كنند،اين ماده نشاندار روي هدف ما انباشته مـي‌شـود. واپـاشـي اتـم‌هـاي راديـواكـتـيـو بـاعـث تــــولــيــــد فــــوتــــون‌هــــايــــي مــــي‌شـــود كـــه بـــراي تـصــويــربـرداري هـسـتـه‌اي مـورد اسـتـفـاده قـرار مــي‌گـيــرد. ويــژگــي مـنـحـصــر بــه فــرد پــزشكـي هسته‌اي بي خطر بودن مواد دارويي است.اين تـصــويــربــرداري شــامــل دو حـوزه ي گـسـتـرده مي‌شود: PET و SPECT و گاما كمرا.
تاريخچه گاما كمرادر گذشته براي اندازه گيري و تعيين جزئيات توزيع يك ماده در سيستم موردنظر از شمارنده سنتيلاسيوني (جرقه‌زن) كه بجز يك روزن كوچك به خوبي با سرب پوشيده شده و در يك لحظه فقط قسمت كوچكي از بدن را مي‌بيند‌استفاده مي‌شد.اين شمارنده بر روي اندام مورد نظر به آرامي و در خط راست به طرف جلو و عقب حركت مي‌كرد و از‌اين طريق تمام منطقه اسكن مي‌شد. Scanning با آشكارسازي‌هايي كه اشاره شد به خاطر آن كه بايد در سطح بدن بيمار بر روي موضع حـركـت كننـد مـدت زيـادي بـه طـول مـي‌انجـاميـد، از‌ايـن رو اغلـب از آشكـارسـازهاي سنيتلاسيون آنژه (يا دوربين گاما) استفاده مي‌شود كه در سال 1985 توسط آنژه براي تصويربرداري ساخته شد. در ابتدا از آشكارسازي‌هاي آنژه‌اي كه قطر ميدان ديد آنها تقـريبـا cm 25بـود استفـاده مـي‌شـد. ولـي در سال‌هاي اخير‌اين ميدان وسيع تر شده و كريستال‌هاي با قطر قابل استفاده تا cm 60 و بيشتر نيز تهيه شده اند.اين افزايش ابعاد ميدان ديد، به همراه بهبود قدرت تفكيك و سرعت سيستم، آشكارسازهاي سنتيلاسيون را يك دستگاه تشخيصي هميشگي ساخته است.
دوربين هاي گاما در پزشكي هسته اي
امروزه تجهيزات به كار رفته براي تصويربرداري عملكردي در دو زمينه اصلي پزشكي هـسـتـــه اي (Nuclear Imaging) و تـصـــويـــربـــرداري تـشـــديـــد مـغـنـــاطـيـســـي كـــاركـــردي (Functional MRI) كـاربـرد فـراوان دارد. هـمـچـنـيـن در سـال‌هـاي اخـيـر، متدهاي جديد تصـويـربـرداري هستـه اي بـاعـث ايجـاد تحولي بزرگ در تشخيص هاي پزشكي هسته اي شده اســت. دوربـيـن هـاي گـامـا و PET مهـم‌تـريـن و اسـاسـي تـريـن تـجـهـيـزات در پزشكي هسته‌اي امروزي محسوب مي‌شوند.
گاماكمرا به طور كلي شامل دو قسمت سر (Gantry) و كنسول است. سر دستگاه به عنوان آشكـار سـاز اشعه گاما است.اين قسمت اشعه گــامــاي ورودي راجــذب وعــلايــم الـكـتـريكـي مطابق با همان محل‌هايي كه جذب انجام شده تـــولــيـــد مــي‌كـنــد و ايــن عــلايــم را بــه كـنـســول مـي‌فـرسـتد. در كنسول علايم ياد شده به طور الـكـتـرونيكي ظاهر مي‌شوند و در جهت‌ايجاد تصوير بر روي صفحه مانيتور به كار مي‌روند. يـك دسـتـگـاه گـامـا كـمرا ازبخش‌هاي مختلفي مـانـنـد مـنـبـع راديـواكـتـيـو،كـولـيـمـاتور،كريستال، فـوتـومـالـتـي پـلايـرتيوب، بردهاي الكترونيكي، پردازشگر تصوير و نمايش تصوير است كه در قسمت‌هاي بعدي توضيح داده مي‌شود.
نحوه تصويربرداري 
در ابـتـدا بـه بـيمار يك راديوايزوتوپ تزريق مــي‌شــود، پــس از مــدتــي مـاده راديـوايـزوتـوپ توسط عضو مورد نظر جذب و شروع به تابش اشعـه گـامـا مـي‌كنـد. فـوتـون‌هاي تابش شده از عضـو مـوردنظـر بـه كليمـاتـور بـرخـورد كـرده و كليماتور آن دسته از پرتوهاي گامايي را كه به موازات حفره هايش حركت مي‌كنند به طرف كـريـسـتـال عـبـور مي‌دهد. با برخورد پرتوها به كريستال،كريستال شروع به جرقه زدن مي‌كند. در واقع‌اين عمل كليماتور موجب مي‌شود كه جـرقـه‌هـاي نـورانـي در كـريـسـتـال، تصويري از تـوزيـع راديوايزوتوپ در زير آن را‌ايجاد كنند. تـعـداد اشعه گامايي كه به هر نقطه از كريستال مـي‌رسـنـد بـه طـور مـسـتـقـيـم مـتـنـاسـب با مقدار راديوايزوتوپ موجوددرناحيه پايين آن است. بـنـابـراين ديده مي‌شود كه فقط درصد كمي از اشـعـه گـامـاي نـشـر شـده تـوسـط اندام نشاندار، آشـكـار مـي‌شـونـد و‌ايـجـاد تـصـويـر مـي‌كنند. با جــذب اشـعــه گـامـا در يـك نـقـطـه از كـريـسـتـال فـوتـون‌هـاي نـورانـي تـوليد مي‌شوند كه شدت آن‌هـا مستقيمـا متنـاسـب بـا انـرژي اشعه گاماي جـذب شده است. موقعيت جرقه‌هاي نوراني تـوسـط لامپ‌هاي فتومولتي پلاير (PM) كه در پشت كريستال قرار مي‌گيرند، تعيين مـي‌شـود. نور توليد شده وارد PMT شده و در فوتوكاتد به الكترون تبديل مي شود. الكترون در PMT تقويت مي شود و به صورت پالسي از آن خارج مي شود. سپس در مدارهاي مختلف پالس‌ها شكل دهي مي شود. اين پالس‌ها در سيستم پردازش تصوير به صورت تصوير درآمده و روي سيستم نمايش، نمايش داده مي شود.
يك لايه شفاف ميان كريستال و لامپ‌هاي PM قرار دارد تا بين آنها ارتباط اپتيكي برقرار كند. مشخصه اپتيكي‌اين لايه اثر خيلي مهمي در قدرت تفكيك و يكنواختي ميدان‌اين نوع آشكار سازها دارد. در مرحله بعد مدار الكترونيكي تعيين مكان، موقعيت پالس‌ها را تشخيص داده و آن را به بورد پردازش مي‌فرستد. بورد پردازش، پس از اعمال پـردازش‌هـاي مـوردنيـاز بـر روي سيگنال‌هاي دريافتي آن را براي نمايش به مانيتور كامپيوتر مي‌فرستد و به‌اين ترتيب تصوير عضو موردنظر بر روي صفحه مانيتور نمايش داده مي‌شود.
راديوداروها
در پزشكي هسته‌اي با بهره گيري از راديو داروهاي نشان دار شده عمل تشخيص و يا درمان يك عضو يا ارگان صورت مي‌پذيرد. در اين روش ماده راديواكتيو با تزريق وريـدي وارد بـدن مـي‌شـود و پـس از تجمـع در عضـو مـورد نظـر تابش حاصل از آن تصويربرداري مي شود، حال آنكه در روش‌هاي ديگر تصويربرداري مانند روش اشعه X يا درمان از طريق راديوتراپي، چشمه راديو دارو درخارج از بدن بيمار وجود دارد و فقط پرتوهاي حاصل ازتابش اين چشمه به بدن برخورد كرده از آن عبور مي كند و از پرتوهاي عبوري تصوير گرفته مي‌شود.
مواردي كه در استفاده از راديودارو بايد مدنظر قرار داد نيمه عمر ماده راديواكتيو و انرژي آن است .
نيمه عمر ماده راديواكتيو نبايد آنقدر طولاني باشد كه بيمار به مدت طولاني در معرض پرتو قرار گيرد و از طرفي نبايد آنقدر كوتاه باشد كه قبل و يا درحين تصويربرداري اكتيويته آن كاهش چشمگيري داشته باشد.
همچنين انرژي ماده راديواكتيو نيز براي آشكارسازي آن در سيستم مهم است.منابع مورد استفاده در تصويربرداري با دوربين هاي گامامنابع مورد استفاده در دوربين‌هاي گاما ايزوتوپ هاي منتشر كننده اشعه گاما هستند كه معمول ترين آنها تكنسيم است. ميزان دسترسي به راديوايزوتوپ هاي با عمر كوتاه، به خصوص تركيبات شيميايي با عنوان، عامل 
پيشرفت‌هاي اخير در پزشكي هسته‌اي تشخيصي بوده است. داراي نيمه عمر 6 ساعت است و در مدت يك روز از بدن بيمار خارج مي شود (دفع فيزيولوژيك آن مناسب است.) اين راديوايزوتوپ جذب خوبي دارد و داراي انرژي KeV140 است. مهم‌ترين مزيت اين راديوايزوتوپ، سهولت تهيه آن از طريق يك ژنراتور تكنسيم است، چرا كه به آساني نمي توان تكنسيم را از يك سيستم مولد كه حاوي راديونوكلئيد مادر است (موليبن 99 با نيمه عمر 66 ساعت) به دست آورد.
يك داروي پرتوزا محتوي مواد شيميايي خاصي است كه با يك راديونوكلئيد نشاندار شده است. برخي ايزوتوپ‌ها مثل تاليم مستقيما جذب ماهيچه‌هاي قلب مي‌شوند و نيازي به تركيب با داروي خاص ندارند. از ايزوتوپ‌هاي ديگر مي‌توان به باريم و كبالت اشاره كرد كه نيمه عمر طولاني دارند و براي كاليبراسيون از آنها استفاده مي‌شود.
اجزاي داخلي هد دوربين هاي گاما 
دوربين گاما داراي سه قسمت اصلي است كه شامل گانتري، كنسول و تخت است. گانتري داراي دو قسمت هد و تنه است كه اجزايي چون كليماتور، آشكارساز ، فوتومالتي پلاير تيوب و مدار مكان‌يابي داخل هد قرار مي گيرند. در ادامه به شرح مختصر اين اجزا مي‌پردازيم:
براي حذف پرتوهاي پراكنده از كليماتور استفاده مي‌شود. كليماتور يك صفحه مشبك سربي است كه فقط به گاماهايي اجازه عبور مي‌دهد كه به طور عمود وارد كليماتور مي‌شوند. كليماتور در قسمت بيروني دستگاه نصب مي‌شود و در صورت لزوم قابل تعويض است. در دوربين‌هاي گاما آشكارسازها از جنس سنتيلاتورها هستند كه معمولا از سنتيلاتور NaI)Tl( استفاده مي‌شود. سنتيلاتورهاي مورد استفاده رايج در پزشكي هسته‌اي به صورت زير است:
.NaI[Tl] (Sodium Iodide Thallium)1
.CsI[Tl] (Sezium Iodide Thallium)2
.BGO (Bismuth Germanium Owide)3
.LSO (Lutetium Oxyorthosilicat)4
.GSO (Gadolinium Orthosilicat)5
.(Barium Fluride)6
CsI ،BGO وLSO سنتيلاتورهاي بسيار سريع هستند و برد ترمزي (Stopping Power) بالايي دارند و نيز به دليل داشتن Z موثر بالا در PET استفاده مي‌شوند. در دوربين گاما كه با انرژي مشخصي كار مي‌كند، رزولوشن انرژي مطرح است و چون محدوده مطلوب انرژي مشخص اســت، در صـورت دريـافـت سيگنـال خـارج از محدوده مورد نظر مي توان گفت كه مربوط به پـراكـنـدگـي اسـت. هـمـانطور كه در جدول زير مشاهده مي شود NaI]Tl[ بيشترين ميزان نوردهي را داراست، همچنين رزولوشن انرژي آن از بقيه بهتر است. مشخصات برخي از سنتيلاتورها در جدول زير آمده است.
اخيـراً بر روي انواع خاصي از دوربين هاي گـامـا از نيمـه هـادي CZT )Cadmium Zinc Telloride) استفاده كرده اند كه همراه با فتوديود به‌كار رفته سيستم گرافي ارزيابي مي شود، ولي براي دوربـيـن هـاي گـامـا كـه با ميدان ديد بزرگ كار مي‌كنند مناسب نيست. CZT نسبت به NaI]Tl[ مـزيـت بـزرگـي دارد و آن چگال‌تر بودن و برد تــرمـزي )Stopping Power( بـالاي CZT اسـت. همچنين چون مي‌توان آن را در قطعات كوچك تهيـه كـرد، آشكـارسـازهـا كـوچك‌تر شده و در نـتيجـه رزولـوشـن بهتـري داريـم. يكـي ديگـر از اجزاي داخل هد فوتومالتي پلاير تيوب يا PMT است. PMT يك تقويت كننده با بهره بالا و نويز پايين است كه عمل تبديل سيگنال‌هاي نوري حاصل از فعاليت كريستال‌هاي سنتيلاتور را به سـيـگـنــال الـكـتــريـكـي انـجـام مـي‌دهـد. ابـتـدا در فـوتـوكـاتـد (كـاتد حساس به نور) تبديل نور به الكتـرون صورت مي‌گيرد، سپس اين الكترون بيـن داينـودهـا كه ولتاژ بالايي بين آنها تقسيم شده به حركت در مي‌آيد. در نهايت يك پالس الـــكــتـــــريــكـــــي مــتــنـــــاســـــب بـــــا تــعـــــداد اولــيـــــه فـوتـوالـكـتـرون‌هـاي تـولـيـد شـده در كاتد ايجاد مي‌شود.
عملكرد كلي گاما كمرا
اســـاس كـــار در دوربــيـــن گـــامـــا شـمــارش جرقه‌زني NaI]Tl[ است. فوتون‌هايي كه از بدن ساطع مي شود به دليل وجود بافت و موانع مختلف در سر راه خود ، دچار پديده جذب و يا پراكندگي مي شوند.
برهمكنش هايي كه بين فوتون و بافت داخل بدن صورت مي گيرد برحسب انرژي فوتون و جنس بـافـت متفـاوت اسـت. ايـن بـرهـم‌كنـش‌هـا مـي‌تـواند جذب فوتوالكتريك، پراكندگي كامپتون و يا توليد جفت باشد. هر كدام از اين اتفاقات مي‌تواند فوتون را از مسير خود منحرف كند و انرژي آن را تغيير دهد. به هر حال بر اثر اين پديده‌ها يكسري پرتوهاي غير مفيد و پراكنده داريم كه از دقت تصويربرداري كم مي‌كنند. براي حذف اين پرتوها از كليماتور استفاده مي‌شود تا از ورود اين‌گونه فوتون‌ها به آشكاساز جلوگيري شود. در واقع كليماتور يك رابطه منطقي و يك به يك بين نقطه ساطع شدن پرتو از منبع در بدن و نقطه آشكارسازي آن در كريستال ايجاد مي‌كند و در عين حال از برخورد تعداد قابل توجهي از پرتوهاي مورب و پراكنده به كريستال جلوگيري مي‌كند. در غير اين‌صورت پرتوهاي ناخواسته به هنگام ورود به داخل كريستال با توجه به پديده تصادفي بودن طبيعت بر همكنش پرتو، باعث ايجاد يكسري اطلاعات خام و نامفهوم بر روي كريستال سـوسـوزن مـي‌شـود. بعد از عمل موازي سازي پرتوها توسط كليماتور، فوتون‌ها با كريستال وارد برهمكنش شده و سوسوزني رخ مي‌دهد. در اينجا انتظار داريم كه انرژي اين فوتون‌ها با يك بهره وري سنتيلاسيون بالا تبـديـل بـه نـور مـرئـي شـود همچنيـن ايـن تبديل انرژي به نور مرئي بايد به صورت خطي باشد در غير اين صو
رت انرژي فوتون‌هاي فرودي قابل اندازه‌گيري نيست.
فـوتـومـولتـي پـلايـرهـاي قـرارگرفته در پشت كـــريـسـتــال پــالــس‌هــاي نــوري را جـمــع آوري مي‌كنند و با توجه به مدار الكترونيكي متصل به PMTها و پالس رسيده به هريك از PMTها عمل مكان يابي صورت گرفته و مقدار پالس اصلي به همراه موقعيت مكاني (x,y) به عنوان ورودي در اختيار الگوريتم بازسازي قرار مي‌گيرد. بعد از انـجــام مــراحــل بــازسـازي، تصـويـري بـه‌دسـت مـي‌آيد كه مي‌توان آن رابر روي يك نمايشگر به‌صورت رنگي با شدت‌هاي متفاوت مشاهده كرد كه در حقيقت تصوير ناشي ازعضو يا ارگان موردنظر است
نویسنده: سيده زينب طالب زاده - رضا يعقوبي كريموي - ساناز احمدزاده
منابع :
[1] M. J. More, D. Narayanan, P. J. Goodale, S. Majewski, B. L.Welch, R.Wojcik, and M. B.Williams, "X-Ray stereotactic lesion localization in conjunction with dedicated scintimammography," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 50, pp. 1636-1642, 2003.
[2] V. Popov, B. L. Welch, "PCI data acquisition card for application in radiation imaging systems," 2003 IEEE Medical Imaging Conference Record (M7-72), October 2003.
