تصویر برداری سه بعدی با استفاده از میزان بسیار کم اشعه ایکس

توموگرافی رایانه ای یکی از بزرگترین دستاوردهای تصویر برداری پزشکی بوده است، اما هزینه سی تی اسکن برای بیمار بالاست و میزان زیاد اشعه ایکس هم برای بدن ضرر بالقوه دارد. آیا جایگزین بی خطرتری برای آن وجود دارد؟ محققان اروپایی طرح موسوم به «تصویر برداری حجمی پزشکی با دریافت مقدار بسیار کم ازاشعه ایکس» قصد دارند جایگزینی برای توموگرافی رایانه ای یا سی تی اسکن پیدا کنند که امکان تصویربرداری سه بعدی با اشعه ایکس را داشته باشد.

محققان اروپایی طرح موسوم به «تصویر برداری حجمی پزشکی با دریافت مقدار بسیار کم اشعه ایکس ( وُکسل)» مشغول یافتن راه حلی برای مضرات تصویربرداری با اشعه ایکس هستند.

دانشمندان طرح وُکسل (Volumetric medical X-ray imaging at extremely low dose) می خواهند پیش نمونه دوربینهایی را بسازند که هم با پرتو ایکس نرم کار می کند و هم با پرتو ایکس سخت، و ضمن بهره بردن از توان رخنه پرتوهای ایکس در حد نانومتر توان تفکیک دهی بالا دارد. با این دوربینها نیاز به چرخاندن نمونه یا دوربین نیست و مقدار پرتو ایکس که به نمونه می رسد بسیار کم است. به این ترتیب این دوربینها در پزشکی و زیست شناسی کاربرد فراوان خواهند داشت.

استفاده از دوربینهای پلونوپتیکی در طیف اشعه ایکس

سی تی اسکنر برای ایجاد تصویر سه بعدی از یک شی ء باید یک دایره کامل دور شی ء بزند و هزاران تصویر با اشعه ایکس بگیرد.

مارتا فایاردو، محقق فیزیک پلاسما، و مسئول هماهنگ کننده این طرح تحقیقاتی می گوید: «گزینه دیگری که در این پروژه تحقیقاتی بررسی می کنیم دوربین معروف به دوربین پلنوپتیکی (تمام اپتیکی) است که امکان می دهد با تصویربرداری از فقط یک نقطه، تصویری سه بعدی را ثبت کنیم. نشان داده شده است که این نوع دوربین با طیف مرئی کار می کند و ما اکنون تلاش می کنیم این نوع دوربین را در طیف پرتوهای x هم به کار ببریم.»

پژوهشگران با استفاده از لیزر، پرتوهای x نرم می سازند که خصوصیت های لازم را دارد. باریکه پرتو x در هزارتوی لنزها و آینه ها تنظیم شده و به سوی شیئی که می خواهیم بررسی کنیم، فرستاده می شود. آشکارگری که شبیه به دوربین عکاسی دیجیتال است، تصویری را که پرتوهای x می سازند ضبط می کند.

ساخت تصویر سه بعدی

اما چطور می توان با یک بار تصویربرداری، تصویر سه بعدی ساخت؟ در شرکت کوچک فرانسوی موسوم به «ایمجین اوپتیک» با استفاده از دو چوب پنبه بطری شراب سازوکار ساخت تصویر توضیح داده می شود. با استفاده از الگوریتمهای کامپیوتری بازسازی تصویر، می توان فاصله کانونی را برای عکسی که گرفته شده است، تغییر داد.

اومبلین دو لا روش فوکو، یکی از مهندسان این شرکت توضیح می دهد: «با ترکیب لنز (عدسی) اصلی با ماتریس، پرتوها را جمع می کنیم. تمام اطلاعات مربوط به مکان و زاویه هم حفظ می شود، در نتیجه تمام داده های لازم برای بازسازی تصویر سه بعدی در این تصویر خام هست.»

امکان کار با اشعه ایکس نرم و سخت

کار با پرتو x سختتر از کار با طیف مرئی است. طیف مرئی (visible spectrum) بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که با چشم انسان قابل رویت و تشخیص است. بنابراین برای تصویر سازی سه بعدی از اشیاء نسبتاً بزرگ با پرتوهای x، نیاز به چندین سال تحقیق است. اما این رهیافت خاص در میکروسکوپی (ریزنمانی) هم اکنون گزینه جمع و جور و ارزانی به جای استفاده از تأسیسات عظیم پژوهشی مثل سنکروترون است. پرتوهای x نرم که در این پیش نمونه به کار برده می شود کمتر به یاخته ها و سلولها آسیب می رساند و در نهایت خواهیم توانست از یاخته زنده فیلم برداریم.

النا لونگو، دانشجوی دکتری رشته فیزیک می گوید: «معمولا تومرگرافی یاخته ها نیاز به دستگاههای سرمایشی دارد که امکان ثبت حرکت سلول را ندارد. در مقایسه، سیستم ما امکان می دهد یاخته را زنده نگاه داریم و لازم نیست یاخته را منجمد کنیم.»

برخی از نتایج عملی این پروژه تحقیقاتی برای ارائه به بازار آماده است. نانوسکوپ ساده دیجیتال که توان تفکیک و میزان کنتراست دستگاه های پرتو x را ندارد، یکی از دستگاههایی است که به بازار عرضه می شود. این نانسکوپ می تواند بدون نیاز به لنزها و چشمی های گرانقیمت کار کند و با نور فرابنفش از شیء های کوچک هولوگرام بسازد.

رامونا کورمن، فیزیکدان از «کمیسیون انرژی اتمی و انرژی های جایگزین» در فرانسه می گوید: «نور مرئی به کار می بریم چون از پرتو x خطر کمتری دارد و می تواند برای بازسازی سه بعدی نمونه های زیستی مفید باشد. می توانیم نور مرئی را برای بافت معمولی، میتوکوندری، یا اندامکهای مختلف زیستی استفاده کنیم.»

این کار تحقیقاتی راه را برای گزینه هایی که از توموگرافی کامپیوتری ارزان تر است هموار می کند، از تصاویر ویدئویی یاخته زنده گرفته تا تصویرسازی پزشکی در آزمایش های بالینی.

Fascinating: how scientists managed to read fragile papyrus rolls https://t.co/r9Pol456Kv. More on x-ray research in our upcoming #Futuris

— Denis Loctier (@Loctier) October 10, 2017