بخشی از مقاله
چکیده - دستگاه سیتی اسکن نوري براي دوزیمتري ژل معادل بافت بکار میرود ، لیزر به ژل نور گذر تابانده می شود و از سمت دیگر اطلاعات نوري توسط یک CCD آشکارسازي شده و با توجه به چرخش ژل یک کانتور سه بعدي از توزیع جذب دوز در تمام ژل و با دقت بالا را می توان توسط نرم افزار MATLAB بازسازي کرد. در این مقاله ابتدا روشهاي گذشته و مرسوم شرح داده شده و سپس یک سیستم نوین مطرح میشود که ضمن برطرف کردن اشکالات سیستمهاي قبلی داراي کارایی و دقت بالاتر میباشد.
١- مقدمه
ژلهاي ساخته شده در پزشکی که معادل بافت می باشند اگر در معرض یک تابش یونیزاسیون با انرژي بالا قرار گیرند از خود تابش نشان میدهند و هر چقدر بیشتر در معرض تابش قرار گیرند از شفافیت اولیه آنها کاسته شده و به سمت تیرگی و کدر شدن میروند که این موضوع به دلیل پراکندگی میکرو ذرات در ژل میباشد، که در اصطلاح میگوئیم ژل دوز دار شده است .
در ابتدا براي ژل دوزیمتري از دستگاه Resonance Imaging - استفاده میشده است. دستگاه MRI که با استفاده از ایجاد میدان مغناطیسی تصویر برداري مقطعی انجام میدهد به دلیل پیچیدگی و همچنین آهسته و گران بودن آن براي ژل دوزیمتري جذابیت خود را از دست داد و محققان به دنبال راه حلی بودند تا جایگزین مناسبی براي آن بیابند، تا اینکه در سال 1996 آقاي گور و همکارانش [4] با استفاده از نور یک سیستم توموگرافی را براي دوزیمتري ژل مطرح کردند .
توموگرافی توسط نور اصولأ یک روش غیر مخرب سریع ساده و ارزان میباشد که در آن نور را به جسم نورگذر تابانده و در سمت دیگر با توجه به زاویه تابش اطلاعات نوري آن مقطع توسط یک CCD آشکار شده و براي تحلیل به کامپیوتر داده میشود . با توجه به چرخش ژل و جمعآوري اطلاعات نوري از مقاطع مختلف 360 - درجه - ، توسط یک برنامه نرم افزاري که در محیط MATLAB و بر پایه - FBP - filtered back projection است آنرا بازسازي کرده و یک کانتور سه بعدي از دوزیمتري ژل بدست میآوریم. تصویر گرفته شده از هر مقطع یک پروژه نامیده میشود که با توجه به تعداد پروژههاي گرفته شده در هر زاویه خاص میتوان دقت آنرا بالا برد .
در روشهاي قبلی معمولاً از لامپ جیوه یا لیزر هلیم – نئون بعنوان منبع نوري و همچنین سیستمهاي اپتیکی که داراي خطا و ابیراهی میباشد استفاده میشده است اما در روش حاضر، ما از لیزر دیود استفاده کردهایم که نسبت به لیزر هلیم– نئون داراي مزایاي فراوانی از جمله: قیمت پایینتر، ابعاد کوچکتر، عدم استفاده از ولتاژ بالا و قابلیت انتخاب طول موجهاي مختلف میباشد که میتوان با تغییر جریان ورودي لیزر یا تغییر دماي آن طول موجهاي مختلفی را بدست آورد و براي ژلهاي گوناگون که هر کدام در یک طول موج خاص بیشترین میزان جذب نوري را دارند بکار برد.
لیزر دیودها معایبی نیز دارند که از آن جمله میتوان واگرایی زیاد، ابیراهی و بیضی شکل بودن پرتو خروجی اشاره کرد[2] که در روش پیشنهادي ما از چند سیستم اپتیکی بصورت سري براي از بین بردن ابیراهی و خطاهاي موجود استفاده شده است که در نوع خود میتواند دقتی را با تفکیک فضایی کمتر از یک 1 mm3 بدست آورد که نتیجه آن سیتیاسکن لیزري 3بعدي و با دقت بسیار بالا می باشد.
-2 سیستمهاي سیتیاسکن نوري متداول
در ابتدا یک سیستم سیتیاسکن نوري توسط آقاي گور و همکارانش[4] پیشنهاد داده شد که در شکل 1 نشان داده شده است. ژل در داخل یک محفظه نور گذر استوانهاي شکل میباشد و براي اینکه اثرات شکست در سطح محفظه استوانهاي به حداقل برسد در یک تشتی از آب قرار گرفته است زیرا ضریب شکست آب تقریبا" با ضریب شکست ژل برابر است.
سپس با استفاده از یک لیزر هلیم نیون nm - - 632 و آینههاي متحرك نور لیزر به کل سطح ژل تابیده شده و با توجه به چرخیدن محفظه محتوي ژل از زوایاي متفاوت طرح هایی بدست میآید که توسط یک عدسی بر روي یک آشکارساز دیود نوري متمرکز شده و بصورت اطلاعات جمعآوري شده براي تحلیل و بازسازي به یک کامپیوتر ارسال میشود.
سپس با استفاده از برنامه نرمافزاري تصویر دو بعدي ضریب تضعیف نوري در ژل بدست میآید و میتوان با قرار دادن طرحهاي دو بعدي بدست آمده بر روي یکدیگر تصویر سه بعدي را بازسازي کرد. این سیستم و سیستمهاي مشابه که در سالهاي اخیر ساخته شده و بر پایه CCD و لامپ جیوه میباشند و با توجه به قابلیتهایی که دارند اما داراي اشکالاتی نیز میباشند که در اینجا آنها را مطرح کرده و در سیستم پیشنهادي برطرف میکنیم: چون لیزر هلیم نئون فقط در طول موج 632 nm میباشد پس فقط براي ژلی که بیشترین میزان جذب نوري را در این طول موج دارد میتواند استفاده شود.
با توجه به اینکه قطر پرتو لیزر در حدود 2 mm میباشد سطح ژل داخل استوانه را بطور کامل نمیتواند پوشش دهد و به همین دلیل در هر زاویه خاص براي بدست آوردن پروژهها باید نور لیزر را توسط حرکت دادن یک آینه بر روي ژل بتابانیم تا کل سطح آنرا پوشش دهد که حرکت آینه و باریک بودن پرتو لیزري به دلیل بوجود آوردن نقاط تکراري و عدم دقت کمتر از یک میلیمتر در حرکت آینه، رزولوشن فضایی در حدود 2-3 mm بدست میآید.[1] میزان شدت هر پرتو لیزري پس از عبور از ژل توسط یک دیود نوري به ولتاژ تبدیل شده و به کامپیوتر ارسال میشود که اینکار زمان بسیار زیادي را صرف کرده و باعث بروز خطاي زیاد در اثرکوچکترینلرزشیا لقیدر سیستم میشود.
-3 سیستم پیشنهادي
در سیستم پیشنهادي که در شکل 2 نشان داده شده از یک لیزر دیود با توان 1 mw و آستیگماتیزم 2μm با واگرایی پرتو - 12*42 - FWHM درجه و طول موج قابل تنظیم از حدود630 تا660 نانومتر استفاده شده که به ازاي تغییر هر یک میلیآمپر جریان حدود 0 /27 nm تغییردر طول موج را شاهد هستیم . این امر باعث میشود که این دستگاه براي چندین ژل بدون تغییر دادن منبع نور و یا فیلترهاي نوري براي لامپ جیوه قابل استفاده باشد اما به میزان محسوسی مقرون به صرفه بودن دستگاه زیر سوال میرود که گاهی بهتر است از چند لیزر دیود با طولموجهاي متفاوت استفاده شود .
با توجه به تمام مزایایی که لیزر دیودها دارند و قبلا ذکر شد معایبی از قبیل دیورژانس زیاد و وجود ابیراهیهاي کروي، کما، آستیگماتیسم انحناي میدان، واپیچش و بیضی شکل بودن پرتو خروجی را دارا میباشند[2] که با استفاده از دو سیستم اپتیکی بهینه عیوب آن برطرف میشود. همانطور که میدانیم هر چه قطر پرتو بیشتر باشد واگرایی کمتر خواهد شد.
پس ابتدا ابیراهیهاي پرتو خروجی لیزر را که قطري در حدود 2 mm دارد توسط سیستم اپتیکی شماره یک برطرف کرده و قطر آن را به حدود 1 cm رسانده سپس با استفاده از سیستم اپتیکی شماره دو قطر پرتو را به حدود 4/5 cm رسانده تا 90% سطح ژل را پوشش دهد و از پراکندگی در کنارههاي دیواره استوانه جلوگیري کند و همچنین شکل آنرا از بیضوي به دایروي تبدیل نموده چرا که CCD به شکل دایروي است و متمرکز کردن پرتو خروجی بر روي CCD با دقت بالاتري صورت میگیرد.
در سیستم اپتیکی شماره یک که در شکل 3 مشاهده میشود و توسط نرم افزار اپتیکی ZEMAX طراحی شده است، اولین عدسی تخت- کوژ میباشد که براي از بین بردن ابیراهی کروي به کار میرود و سپس یک عدسی دوتایی مثبت و منفی وجود دارد. سیستم بصورت شبه متقارن طراحی شده تا ابیراهیهاي کما و آستیگماتیسم بصورت مخالف بوجود آورده و یکدیگر را حذف کنند. سطح تخت ورودي نیز براي حذف اثرات ابیراهی یک روزنه بکار میرود .همچنین در شکل 4 ابیراهی خروجی براي چند طول موج نشان داده شده است.
این سیستم داراي 0/62 NA فاصله کانونی 6/5 mm و داراي اعوجاج جلو موج پایین میباشد و چون ابیراهیهاي آن حذف شده دهانه آن بزرگ و در حدود 1 cm در نظر گرفته شده است تا پراش ناشی از لکه در خروجی محدود شود. پس از آنکه پرتو لیزر را موازي کردیم با استفاده از سیستم اپتیکی دوم که شامل دو عدد منشور میباشد و در شکل 5 آمده پرتو را با توجه به محاسبات انجام شده پهن و از بیضی به شکل دایروي تبدیل میکنیم .
