تصویر برداری رادیویی از سینه با استفاده انرژی دو تایی

فكر استفاده از فوتون در دو انرژی برای به دست آوردن اطلاعاتی درباره مشخصه‌های بافت، اولین بار در سال 1953، توسط جكوبسون پیشنهاد شد. جذب سنجی دو فوتونی هم‌اكنون در تحلیل مواد معدنی استخوان به طور وسیع به كار می‌رود و همچنین در طول 15 سال گذشته از این فكر در طرح‌های تحقیقاتی مختلف تصویرگیری پرتو x استفاده شده است. این روش اخیراً در رادیوگرافی سینه نیز به كار رفته و طی چند سال گذشته یك دستگاه پیش نمونه آن (كه به دستگاه تفریق انرژی (ESU) معروف شده است) در دانشگاه آلاباما در مركز پزشكی بیرمنگام تحت آزمایش كلینیكی بوده است.
در رادیوگرافی دوانرژی‌ای هم از اطلاعات مربوط به شدت پرتوx و هم از اطلاعات طیفی برای تجزیه تصاویر بیمار به مؤلفه آب (بافت نرم) و مؤلفه استخوان (مواد معدنی) استفاده می‌شود. اما در رادیوگرافی معمولی (یا تك انرژی) فقط از اطلاعات مربوط به شدت استفاده می‌شود و بنابراین امكان تجزیه تصویر بافت در آن وجود ندارد. برای روشن شدن مطلب می‌توانیم رادیوگرافی معمولی را به تصویرگیری سیاه – سفید و رادیوگرافی دوانرژی‌ای را به تصویرگیری رنگی تشبیه كنیم. همان‌طور كه پاسخ بینایی انسان با سه رنگ اصلی كاملاً مشخص می‌شود، تضعیف پرتو x (در بافت زنده و در گستره انرژی تشخیصی 20 تا keV150) را هم می‌توان با دو فرایند تضعیف، یعنی پراكندگی كامپتونی و جذب فوتوالكتریكی، یا برحسب بافت با عدد اتمی كم (آب) و بافت با عدد اتمی زیاد (استخوان) كاملاً مشخص كرد.
اولین مرحله در تصویرگیری دو انرژی‌ای گرفتن دو تصویر همزمان از بیمار است كه از هر جهت باهم یكسان‌اند، جز اینكه در یكی از آن‌ها از طیف پرتو x با انرژی میانگین نسبتاً زیاد (تقریباً keV50) استفاده می‌شود. این تصاویر را سپس نقطه به نقطه به تصاویر (مؤلفه) مربوط به استخوان و آب كه شدت آن‌ها با ضخامت آب و استخوان متناسب است تجزیه می‌كنیم. آن‌گاه، با اضافه كردن كسر كوچكی از تصویر استخوان به تصویر آب – به خاطر پر كردن جاهای تهی یا سایه‌های حاصل از حذف استخوان – یك تصویر از بافت نرم (بدون استخوان) به دست می‌آوریم. از تركیب تصاویر مربوط به انرژی زیاد و انرژی كم یك تصویر نهایی به دست می‌آید كه شبیه به فیلم‌های رادیوگرافی معمولی است (كه به آن تصویر معمولی یا تك انرژی می‌گویند).
در ESU همه این تصاویر از یك بار روبش مریض، در سطح تابشی قابل مقایسه با تابش به كار رفته در رادیو گرافیك‌های معمولی، بع دست می‌آیند. این سه تصویر (یعنی تصویر معمولی، تصویری كه در آن استخوان حذف شده و تصویری كه در آن بافت نرم حذف شده است،) به رادیو لوژیست داده می‌شود. از لحاظ عملی، جالب این است كه تصویری كه در آن استخوان حذف شده است فقط ساختارهای بافت نرم را نشان می‌دهد؛ دنده‌ها، و ستون فقرات كاملاً نامرئی می‌شوند. از طرف دیگر تصویر استخوان، دنده‌ها، و ستون فقرات را بدون ساختارهای بافت نرم نشان می‌دهد. علاوه بر این تصویر استخوان می‌تواند گروه‌های كوچك آهكی شده (رسوبات معدنی) را در ریه به وضوح نشان بدهد.
مزیت بارز تصویرگیری دو انرژی‌ای در رادیوگرافی سینه این است كه دو نوع اطلاعات تشریحی موجود را از هم تفكیك می‌كند و تصاویر ساده‌تری در اختیار رادیولوژیست می‌گذارد. از این رو، گره كوچكی كه ممكن است در فیلم‌های معمولی زیر دنده‌ها پنهان شود، در تصویر بافت نرم به وضوح دیده می‌شود. نتایج اخیر حاكی از آن است كه آشكارسازی گره با ESU، در مقایسه با فیلم‌های معمولی سینه، خیلی پیشرفت كرده است.
برای نشان دادن اهمیت این موضوع لازم است یادآوری كنیم كه تا قبل از ESU آهنگ آشكارسازی گره در طول 30 سال گذشته تقریباً ثابت بود و از هر سه گره یكی آشكارسازی نمی‌شد، كه البته اكنون می‌دانیم كه امكان آشكارسازی آن وجود داشته است. وانگهی، تلفات ناشی از سرطان ریه در آمریكا از سایر انواع سرطان‌ها خیلی بیشتر است و وقوع آن مخصوصاً در میان زنان رو به افزایش است. آشكارسازی به موقع و برداشتن بافت سرطانی ریه مؤثرترین نوع معالجه این بیماری است، و رادیوگرافی سینه عمده‌ترین تكنیك برای این آشكارسازی به موقع است. چون درصد نسبتاً بالایی از جمعیت ایالات متحده از سینه رادیوگرافی می‌كنند، آشكارسازی با ESU نوید بخش كاهش مرگ و میر در اثر این بیماری است.
رادیوگرافی دوانرژی‌ای سینه، علاوه بر آشكارسازی تعداد بیشتری گره نسبت به سیستم‌های معمولی آهكی شدن گره را با دقت و حساسیتی خیلی بیشتر از سایر تكنیك‌های غیر تهاجمی آشكار می‌كند. این موضوع فوق‌العاده اهمیت دارد، زیرا وجود كلسیوم یك معیار رادیوگرافی عمده در تشخیص خوش خیمی گره است. در بسیاری موارد ESU ضرورت انجام بافت برداری (بیوپسی) و آزمایش‌هایی با دوز تابش زیاد را كه گران‌تر هم تمام می‌شود منتفی می‌كند. ESU، نه تنها كلسیوم را به وضوح آشكار می‌كند بلكه مقدار آن را نیز با دقت به دست می‌دهد. اما هنوز اهمیت این توانایی دستگاه ESU از لحاظ كلینیكی محرز نشده است.
كارایی جالب توجه ESU نتیجه تركیب تكنولوژی‌های تصویرگیری پرتوایكسی است كه در دهه گذشته تكامل یافته‌اند؛ از جمله این تكنولوژی‌ها می‌توان از روبنده باریكه – پنكه‌ای، احساس‌گرهای پرتوx حالت جامد با آرایه خطی، نویسنده‌های لیزری فیلم، و تكنیك‌های آشكارسازی پرتوایكسی دو انرژی‌ای نام برد. قبل از اختراع آشكارسازی دو انرژی‌ای اطلاعات مختلف حاصل از انرژی فوتون پرتو x با تنظیم ولتاژ لامپ پرتو x، نوعاً از 85 تا kV135، به دست می‌آمد. چون یك درنگ زمانی میان تپ‌های پرانرژی و كم انرژی وجود دارد، ممكن است در این فاصله مریض تكان بخورد و نتیجه خوب از آب درنیاید. این مشكلات با به كار بردن آشكارساز دو انرژی‌ای پرتو x و یك لامپ پرتو x با ولتاژ (بالای) ثابت برطرف شده است.
رادیو گرافی دو انرژی‌ای، علاوه بر آشكارسازی گره‌های ریوی و تمیز دادن گره‌های بدخیم و خوش خیم از یكدیگر، در چندین زمینه تشخیصی دیگر نیز نویدبخش كاربردهای جالب توجهی است. اكنون مطالعاتی در جریان است كه هدف آن‌ها ارزیابی كاربرد این تكنیك در رادیوگرافی غدد پستان، اندازه‌گیری مواد معدنی استخوان (برای تشخیص و كنترل پوكی استخوان)، و ارزیابی آهكی شدن متاستازی ریه‌ها در بیماری‌های كلیوی است.