همه چیز درباره سایبرنایف

سایبرنایف نام دستگاهی است که به وسیله آن تومورهای سرطانی را شناسایی و آنها را نابود می سازد. در این مطلب شما به عنوان یک مهندس با دستگاه سایبرنایف و اجزای آن آشنا می شوید و بطور مختصر، نحوه عملکرد و فیزیک دستگاه سایبرنایف را آموزش می بینید. با افزایش مبتلایان به سرطان، آن چیزی که امروزه توجه مسئولین را به خود جلب کرده است پیش بینی سونامی سرطان می باشد.

امروزه نقش رادیوسرجری استریوتاکتیک (جراحی غیر تهاجمی به وسیله تشعشع) برای درمان ضایعات و تومور ها به خوبی اثبات شده است. سایبرنایف یک سیستم رادیوسرجری استریوتاکتیک است که اجازه درمان رادیوسرجیکال ضایعات را می‌دهد. این سیستم از یک جفت دوربین اشعه ایکس متعامد تشکیل شده است و نیز یک شتاب دهنده خطی سبک وزن که بر روی یک ربات نصب شده است و اجازه دسترسی به زوایای مختلف را می دهد و پرتوهای درمانی رابدون استفاده از قاب کلاه مانند به هدف مورد نظر می رساند.

واژه رادیوسرجری استریوتاکتیک اولین بار توسط دکتر لارس لسکل سوئدی در دهه ۵۰ به وجود آمد و در دهه ۶۰ دستگاه رادیوسرجری منحصر به فرد گاما نایف به وجود آمد که دارای منبع رادیواکتیو کبالت ۶۰ است. نوع دیگر از منبع انرژی در سیستم های رادیوسرجری شتاب دهنده خطی است که اولین بار توسط بتی و کلومبو در اواسط دهه‌۸۰ به وجود آمد و تا به آن زمان از رادیوسرجری برای درمان تومورهای مغزی استفاده می کردند. در این سیستم های به وجود آمده تا این زمان از یک قاب کلاه مانند برای ثابت کردن سر استفاده می کردند و اشعه مورد نظر را به تومور با ضایعه مورد نظر می تاباندند که در گاما نایفاز ۲۰۱ منبع رادیواکتیو کبالت ۶۰ استفاده می کردند که بر روی قاب قرار گرفته بود و اشعه به مرکز قاب تابیده می شد جایی که سر بیمار آنجا قرار می‌گرفت. در دهه ۹۰ سیستم جدیدی به نام سایبرنایف به وجود آمد که در آن نیز از شتاب دهنده خطی برای درمان ضایعات مغزی استفاده می کردند با این تفاوت که دیگر از قاب های ثابت کننده سر استفاده نمی کردند و این یکی از مشکلات را که می بایست قاب بر روی سر با پیچ ثابت می شد را حل کرد و در سال ۲۰۰۰ از سایبرنایف برای درمان بیماری های ریه ای استفاده شد و امروزه از آن برای درمان سرطان استخوان و بافت نرم، سرطان مغز، سرطان سر و گردن، سرطان ریه، سرطان متاستاتیک، پانکراس و سایر سرطان گوارش، سرطان پروستات و … استفاده می شود.



سیستم سایبرنایفسایبرنایف یک رادیوسرجری استریوتاکتیک با راهنمای تصویری است که با استفاده از رادیـوگـرافـی اشعـه ایکـس بـه صـورت realtime- در اتـاق درمـان و عکـس برداری سه‌بعدی به دست آمده قبل از شروع درمان و ترکیب این تصاویر مکان دقیق درمان را تعیین می کند و پرتوهای تابشی به طور مستقل از طریق شتاب دهنده خطی (LINACs) که بر روی یک ربات سوار شده به محل مورد نظر منتقل می شوند.
ایـن مفهوم اساسی بدون تغییر باقیمانده است، اما پیشرفت های قابل توجهی در سیستم های جدید نسبت به سیستم های دهه گذشته صورت گرفته است.


برنامه ریزی درمانبرنامه ریزی درمان با به دست آوردن یک یا چند تصویر سه بعدی آغاز می شود که اجازه می دهد تا حجم هدف و ارگان های مجاور که در معرض خطر پرتو هستند مجسم شود. با استفاده از این تصویر سه بعدی موقعیت هر اشعه مشخص می شود و هر پرتو توسط یک بردار که نقطه مبدا و نقطه جهت را به‌هم وصل کرده توصیف می شود. به طور کلی، تعـداد نامحدودی از هر دو نقطه مبدا و جهت می‌توانند با سیستم انتقال به هم برسند. نقطه مبدا در موقعیت نقطه کانونی شتاب دهنده است و نقطـه جهـت که معمولا در داخل حجم هدف تـــــوســـــط کـــــاربـــــر بـــــا اســتــفـــــاده از داده هـــــای تـصویربرداری تعریف می شوند. هرنقطه مبدا یـک گـره نـامـیده می شود و مجموعه کاملی از گره‌ها و مسیرها مشخص می شوند. مجموعه مـسیرهای مختلف برای ارائه طیف وسیعی از پرتوها در محل های درمانی داخل و خارج بافت ساخته شده اند. در آغاز روند برنامه ریزی درمان مـسـیـرهـای مـنـاسـب بـرای هر بیمار به صورت دستی انتخاب می شود. تعداد گره در مسیرهای مختلف می تواند در محدوده ۱۳۳ – ۲۳ باشد.
نقاط جهت بر اساس مد تولید اشعه به طور اتــومــاتـیــک تـعـیـیـن مـی شـود، ایـنـکـه هـم مـرکـز (isocentric) بـاشـد یـا غـیــر هـم مـــرکـــز (non-isocentric). مد هم مرکز به کاربر اجازه می‌دهد تا یک یا چند مرکز ساختگی در مدل بیمار انتخاب شود و یک پرتو انتخابی از هر گره به هر مرکز ساختگی برسد. مد غیر هم مرکز نیاز به داشتن توانایی در هدایت بازوی رباتیک در جهت هدایت پرتو در یک نقطه خاص در بیمار را دارد، و تعداد زیادی نقاط جهت (معمولا بین هزار تا شش هزار) نیمه تصادفی در حجم هدف و توزیع یکنواخت میان گره ها برای شکل گرفتن مجموعه پرتوهای انتخاب شده ایجاد می کند. کـاربر می تواندبرای جلوگیری از تابیدن اشعه ها به بافت های مجاور از روش‌هایی برای به حداقل رساندن دز استفاده کند. مد هم مرکز دز را در شکلی مانندیک کره در اطراف مرکز ساختگی تولید می کند. پس در این مرحله مسیرهای تابش پرتوها مشخص می شوند.






تحویل درمانتنظیم پرتو در زمان درمان بر اساس تصاویر رادیوگرافی دیجیتالی (DRRs) تولید شده ازمـدل سـه بعـدی بیمـار، همـراه بـا عکس هایی که به طور زنده با استفاده از سیستم تصویربرداری اشعه ایکس در اتاق درمان به دست می آید. نتایج این دو تصویرمستقل، که یکی به صورت زنده از اتاق درمان بدست می آید و دیگری از رادیوگرافی دیجیتالی با هم ترکیب می شوند و توسط geometric back projection تبدیل به یک تصویر سه‌بعدی می شود.
در شروع درمان، سیستم هدایت تصویر اشعه ایکس، بیمار را با استفاده ا ز میزدرمان تنظیم می کند. میز دارای ۵ محور و تخت دارای۶ محور است و با تنظیم آن ها موقعیت بیمـار را در جـای منـاسب قرار می دهیم و هدف از این تنظیمات اولیه برای کاهش اصلاحات با استفاده از بازوی ربات است. پس از اینکه بیمار در محدوده مناسب قرار گرفت، سیستم هدایت تصویر اصلاحات دقیق موقعیت را برای تنظیم هر پرتودرمانی تعییـن مـی کنـد. ایـن اصـلاحـات مـربـوط بـه بـازوی ربـاتیـک اسـت و جبـران خـودکار حرکت‌های کوچک هدف توسط تغییر موقعیت شتابدهنده صورت می گیرد، یعنی تنظیم موقعیت و جهت گیری پرتو نسبت به بیمار ، نه بیمار نسبت به پرتو. در طول درمان، ربات در دنباله گره های انتخاب شده در طول برنامه ریزی درمان حرکت می کند و در هر گره بازوی رباتیک، شتاب دهنده خطی را در جهت مناسب قرار می دهد تا اشعه به بیمار تابیده شود.
اکتساب تصویر، تعیین محل هدف، و تنظیم اصلاحات به طور مستمر در طول درمان مـکــررا انـجــام مــی شــود و بــه طـور معمـول هـر ثـانیـه ۳۰-۶۰ انجـام مـی شـود؛ فـاصلـه تصویر‌برداری را می توان در طول درمان بر اساس پایداری و موقعیت هدف تنظیم کرد. بازوی رباتیک برای جبران تغییرات و چرخش های کوچک بر اساس اصلاحات به دست آمده از جفت تصویر به دست آمده در نظرگرفته شده است، در جا به جایی ها و چرخش های بزرگ دستگاه به طور خودکار مکث کرده و اپراتور به سرعت بیمار را قبل از اقدام درمان در موقعیت مناسب قرار می دهد. جابه جایی می تواند به طور خودکار با استفاده از تخت یا میز جبران شود. دقت جایگذاری دز با تصویربرداری از هدف و مکان اصـلاح پـرتـو در طـول درمـان بـه طـور مـتـنـاوب تـضمین شده است. در این نوع درمان استریوتاکتیک قاب مورد نیاز نیست، چون اگر هدف حرکت کند سیستم ردیابی پرتوها قادر است که به صورت realtime حرکت هدف را دنبال کند و بیمار می تواند آزادانه تنفس داشته باشد.


سخت افزارهای موجود در سیستم سایبرنایف شتاب‌دهنده خطیشتاب دهنده خطی از اشعه ایکس استفاده می کند. این دستگاه یک دوز یکنواخت از اشعه ایکس پرانرژی به تومور بیمار تحویل می دهد. شتاب دهنده خطی از تکنولوژی مـایکـروویـو استفـاده مـی کنـد و الکتـرون ها در قسمـت شتـاب دهنـده wave guide شتاب داده می‌شوند و پرتوی درمانی MV 6 اشعه ایکس با نـرخ دوز cGy 1000 در دقیقـه تـولیـد مـی کنـد. طراحی جمع و جور اجازه می دهد تا که به یک آهـنـربا خم کننده نیاز نداشته باشد. چرا که در نـــوع‌‌ قـــدیـمــی تــر شـتــاب دهـنــده هــای خـطــی فوتون‌های پرانرژی اشعه ایکس الکترون ها را در مسیرهای خم مانند در اطراف تومور بیمار تحویل می دادند. همچنین فیلتر مسطح کننده پرتو وجود ندارد. تنظیم ثانویه پرتو با استفاده از دوازده کولیماتور ثابت مدور با قطر در محدوده ۶-۵/۰ سانتی متر انجام می شود. این کولیماتورها را می توان به صورت دستی یا به طور خودکار تــنــظــیـــم کـــرد. روش دیــگــر بــرای تـنـظـیــم ایــن کــولـیـمــاتـور‌هـا اسـتـفـاده از IrisTM Variable Aperture Collimator است.




بازوی رباتیک

شتـاب دهنده خطی بر روی بازوی رباتیک نصب می شود و دارای شش محوراست که در شکل زیر می توانید آن را ببینید و اجازه می دهد شتـاب دهنـده بـه صـورت سه بعدی در فضای کاری در اطراف بیمار با دقت بالا چرخش کند. بازوی رباتیک اجازه می دهد تا هر یک از پرتو درمانی در هر نقطه در فضاهدایت شود. بازوی رباتیک همچنین برای جبران تغییر در موقعیت و جـهــت گـیــری هــدف در طــول درمـان استفـاده مـی‌شـود و پـرتـو را بـا مـوقـعـیـت بـیـمـار تـنـظـیـم می‌کندو این یکی از نوآوری های این سیستم است، یعنی تنظیم پرتو به سمت هدف به جای آوردن هدف در راستای پرتو.



سیستم تصویر برداری اشعه ایکسدو منبع تشخیصی پرتو ایکس در این پروسه وجود دارد که در سقف نصب شده است و دو آشکـار سـاز وجـود دارد کـه در زیـر تخت قرار مــی‌گـیــرنــد. آشـکــارســازهــای ایــن سـیـستـم در مـدل‌هـای قـدیـمـی تر به صورت عمود برهم با زاویه ۹۰ درجه بودند که در زیر تـخـت قـرار مـی گـرفـت و تـصـاویـر گـرفـتـه شده توسط منابع اشعه ایکس جمع آوری شده و با اسـتـفــاده از ایــن دو آشـکـارسـاز کـه دو صـفـحـه سیلیکون غیرشفاف هستند تصویری با وضوح تـقـریبا بالای دیحیتالی ایـجــاد مــی کـرد. در سـیـسـتـم‌هـای امروزی از آشکارسازهای اشعه ایکس با پنل های تخت، هم سطح با کف استفاده مـی‌شـود و تـصـاویـری دیجیتالی با وضــــوح بـــالاتـــر (۱،۰۲۴ *‌ ۱،۰۲۴ پــیــکــســـل بـــا رزولوشن ۱۶ – بیتی) ایجاد می کنند. منابع اشعه ایکـس و آشکـارسـازهـای ثـابـت هستنـد، منـابـع اشعه ایکس زاویه ۴۵ درجه را با محور عمودی می سازند. برای حذف اعوجاج در ارتباط با ۴۵ درجـه زاویـه بـیـن هـر یـک آشکارساز و محور تصویربرداری مرکزی پرتو از نرم افزار های اصلاح کننده استفاده می شود.




نتیجه گیریبرای نتیجه گیری می توان مزایای این سیستم را نسبت به سیستم های مشابه چون گاما نایف و ایکس نایف مقایسه کرد:
– ‌عدم نیاز به قاب برای فیکس کردن هدف
‌- بازوی رباتیک محدوده حرکتی بالاتری را نسبت به گانتری موجود در ایکس نایف دارد.
– ‌برای تمام قسمت های بدن می توان از آن استفاده کرد در صورتی که گاما نایف فقط برای مغز کاربرد دارد.
– ‌در گاما نایف فقط یک بار می توان به درمان نایل شد درحالی که در سایبر نایف می‌توان در یک روز دو یا چند بار درمان را انجام داد.
– ‌مجرای اشعه متحرک است و می توان آن را به سمت هدف حرکت داد.
– ‌بیمار استرس کمتری دارد چون نیاز به بی حسی یا بیهوشی نیست.


منبع:انجمن مهندسی پزشکی