یک سیستم شبیه سازپرتو درمانی کلیه ی حرکات فیزیکی دستگاه های پرتودرمانی را داراست ،بنابر این قادراست به گرفتن تصاویر رادیوگرافی،و یا تصویرCT ،در زوایای مختلف ،محل و حجم تومور را مشخص کرده و پارامترهای درمان از قبیل زاویه ی تابش ،ابعاد میدان و...را تعیین کند .


به طورکلی دوهدف اصلی شبیه سازی درمان عبارت اند از:
1-تعیین حجم تومور(ابعاد واقعی تومور،مختصات دقیق آن و محدوده ی بافت های مجاور که درمعرض خطر به نظرمی رسند)


2-بهبود روش های درمان به نحوی که در عین بیشترین همگونی در دوز تابشی در تومور،کمترین پرتوگیری بافت های سالم مجاورحاصل شود . بدین ترتیب به وسیله ی یک سیستم شبیه ساز درمان می توان به دقت مرکز تومور را تعیین و براساس آن پارامتر های وضعیت بیماربرای یک دستگاه درمانی خاص رامشخص نمود .
امروزه سیمولاتر های حاصل ازآمیزش فن آوری های درمان با تکنیک های رادیولوژی تشخیصی از نظرکلیه ی حرکات فیزیکی مشابه دستگاه های درمان (شتاب های خطی،کبالت)می باشند .با این تفاوت که به جای تابش پرتوهای پرانرژی ،از آنها به منظورتصویربرداری رادیولوژی و فلورسکوپی برای ثبت محل تومور و نشان گذاری بیرونی محدوده ی درمان استفاده می شوند،به طوری که پس از یکبار تعیین حوزه ی تابش توسط این دستگاه ها،محدوده ی درمان و همچنین محدوده ای که باید در برابر پرتوگیری ازآن ها محافظت شود،مشخص خواهد شد.
علاوه برموارد فوق برخی دستگاههای شبیه ساز هم به منظور برنامه ریزی درمان با تکنیک براکی تراپی طراحی شده اند.
قبل از شروع اولین درمان،پس از تنظیم بیمار روی تخت درمان،وضعیت تومور نسبت به ابعاد تعیین شده برای درمان به وسیله تصاویر پورتال یا چک فیلم ،بازبینی می شود.
اگرچه این تصاویر کیفیت بالایی نداشته و فقط زمینه مبهمی از بافت را مشخص می کنند ،اما برای مقایسه با تصاویر سیمولاتور به منظور اطمینان از وضعیت دهی صحیح بیمار،درستی ابعاد میدان تعیین شده و راستای تابش باریکه ی درمانی کافی هستند.
تصاویر پورتال یاچک فیلم بصورت هفتگی واغلب روزانه برای استناد به دقت و صحت درمان گرفته می شوند سیستم شبیه سازدرمان یا CT در واقع یک دستگاه سی تی اسکن است که به آن سخت افزارها و نرم افزارهای مخصوص پرتودرمانی ،برنامه ریزی درمان و ترسیم حوزه ی درمان اضافه شده است.به این سیستم هاسیمولاتورهای مجازی هم اطلاق می شود.
در این سیمولاتورها ابتدا روی برش های CT تومور مشخص شده و با استفاده از پردازشگر درمان،حجم هدف و حوزه ی درمان مشخص می شود.
سپس توسط سیستم سی تی سیمولاتور بیمار را برای درمان با پرتو نشان گزاری می کنند.بنابراین با استفاده از روش فوق ،انجام کلیه عملیات تصویربرداری ،پردازش روتین درمان،تشخیص حوزه ی درمان و نشان گزاری بیماردر یک جلسه ممکن خواهدبود.
همچنین ازسیستم های CT بمنظور بازبینی لبه های تومور و آناتومی اطراف آن ، سیرپسرفت تومور پس از درمان و آنالیزسه بعدی برای استفاده از کولیماتورهای چند لایه و پرتو درمانی معمولی هم استفاده می شود.
اصول عملکرد
شبیه سازپرتودرمانی برای تشخیص حجم یک تومور و تطبیق مرکزآن با ایزوسنتر(نقطه ای خاص ازچرخش که درطول درمان ثابت می ماند)باید توانایی چرخش تا360درجه را دور بیمارداشته باشند.ارتفاع ایزوسنتربین 120 تا127سانتی متر در تغییر است.
دراکثر دستگاه های سیمولاتور برای نشان گذاری نقطه ی ایزوسنتری ازسیستم لیزر کلاس II استفاده می شود.پس از یکبار تشخیص حجم تومور و تنظیم مرکزآن روی روی نقطه ی ایزوسنتر،می توان درهر زاویه ای تحت تابش قرارداد بطوری که اندام های سالم اطراف تومور کمترین دُزتابشی را دریافت کنند.
بنابراین تمرکزحجم تومور در ایزوسنتر در طول شبیه سازی، نیازمند ادغام قابلیت حرکتی یک دستگاه پرتودرمانی با یک دستگاه رادیولوژی معمولی یا فلوروسکپی می باشد.با این امکان یک سیمولاتور دارای کلیه حرکات اصلی و قرائت پارامترهای دستگاه پرتودرمانی،اجتناب از برخورد هنگام چرخش 360درجه،ترکیب سیستم های تصویربرداری با موارد فوق و محدود بودن خطاهای مکانیکی و ثابت ماندن آنها می باشد.
سیستم های مکانیکی سیمولاتور توانایی انجام 6 حرکت اصلی را دارد:
  1. چرخش گانتری
  2. تنظیم فاصله ی کنون تامحور(FAD)
  3. چرخش کولیماتور
  4. حرکت انتقالی تشدیدکننده ی تصویر(انتقال عرضی،طولی وشعاعی)
  5. حرکت انتقالی تخت(حرکت عمودی،طولی وعرضی)
  6. چرخش تخت(حول محورایزوسنتر وچرخش حول محورخودش)
سیستم هایX-ray
سیستم های X-rayاز ژنراتورX-ray،تیوب X-ray و تشدیدکننده ی تصویر تشکیل شده است.ژنراتور پرتو X ولتاژ ورودی و جریان را تنظیم می کند که توان لازم برای تولید باریکه X در تیوب پرتو X شود.
ژنراتورهای پرتوX به صورت تک فاز و سه فازموجود می باشند که ازهر دو نوع در سیستم های شبیه ساز درمان استفاده می شود.ژنراتورهای تک فاز در 90kvp جریان 600mA را تامین می نماید.در حالیکه ژنراتورهای سه فاز باید این جریان را در80kvp تحویل بدهند.
از دیگرمزایای ژنراتورسه فاز،ایجاد جریان های بالا در زمان های تابش بسیار کوتاه (تقریبا در این ژنراتورها اعمال جریان لحظه ای می باشد)،اعوجاج کمترشکل موج ولتاژ در نتیجه استهلاک دیرتر کابل ها را می توان نام برد. البته شایان ذکر است که در سیستم های فلورسکپی ،ژنراتورهای سه فاز هیچ مزیتی نسبت به ژنراتورهای تک فاز ندارند،چون در این سیستم ها فقط از جریان تک فاز استفاده می شود.
تیوپ پرتوX از کاتد و آند تشکیل شده است.کاتد فیلامنتی ازجنس تنگستن است که در اثر گرما از خود الکترون ساطع می کنند. الکترون های ساطع شده از کاتد در اثر اختلاف ولتاژ به سمت آند شتاب گرفته است وبا آند برخورد می کند.
گرم شدن بیش ازحد آند موجب ایجاد حفره در آن و کاهش عمر تیوپ خواهد شد لذا در تیوپ اشعه ی X باید پارامتر ها به نحوی تنظیم شود در عین داشتن تابش مناسب،از گرم شدن بیش ازحد آن جلوگیری شود.همچنین علاوه بر ولتاژ و جریان اعمالی به تیوپ پارامترهای دیگری نظیر ابعاد نقطه ی کانونی (نقطه ی هدف روی بدنه اند)،زاویه آند،سرعت تابش و سرعت چرخش آندهم درعمر تیوپ موثرمی باشند که باید درنظرگرفته شوند.
دردستگاه شبیه ساز درمان،استفاده از تیوپ هایی با نقطه ی کانونی کوچک ترجیح دارد زیرا کوچک بودن نقطه ی کانون موجب افزایش نمایش جزئیات و کم شدن پهنای تصویر محدوده ی درمان می شود.
در اغلب سیمولاتورها ابعاد تصویر پرتو X در محدوده ی 45تا50cmm را پوشش می دهند البته در تیوپ با زاویه 15درجه بزرگنمایی غیرمتقارن تصویر افزایش می یابد.
برخی سازندگان تیوپ های اشعه ی x،تیوپ های با زاویه ی آند قابل تنظیم را نیز ارائه کرده اند.(تیوپ های دوزاویه ای)نمودار سرعت تابش x – مجموعه ای از اعداد و مقادیر که سازندگان تیوپ اشعه ی x،پس از محاسبات و انجام آزمایشات روی محصولات خود ارائه می دهند و استفاده از این مقادیر و جدول ها در استفاده ی صحیح از تیوپ و افزایش عمر مفید آن تاثیر بسیار زیادی دارد- مقادیر گرمایی که تیوپ بدون آسیب جدی می تواند تحمل کند،حداکثر کیلوولت اعمالی مجاز و محدوده ی ایمن کارکرد تیوپ را مشخص کرده است.این جدول ها و نمودارهاهمیشه به همراه تیوپ به مصرف کننده تحویل می شوند تقریبا تمامی مدل های تیوپ دارای سرعت تابش 0.1secهستند.سرعت تابش درحقیقت سرعت اعمال میلی آمپر(mA) به نقطه ی کانونی تیوپ بوده وباید در محدوده ی%20 شدت جریان نامی ژنراتور محدود شود. در صورتی که اعمال جریان در محدوده ای بیش از گستره ی تعیین شده نیاز باشد باید از تیوپ یا ژنراتور متغیراستفاده کرد.علاوه بر موارد فوق سرعت چرخش آندهم درکارایی تیوپ موثراست.
استفاده ازتیوپ هایی با سرعت آند معمولی(3000rpm) بیشتر از تیوب ها با دور بالا(9000rpm) با ژنراتورهای تک فاز می تواند موجب باعث افزایش حرارت تیوپ و تابش نامناسب شود.
استفاده از تیوپهای دوربالا در دستگاه های رادیولوژی باعث افزایش سرعت تصویربرداری از %170 تا
%220 نسبت به تیوپ ها بادور عادی می شود.
پس ازعبور پرتوx از بدن بیمار،باریکه وارد قسمت تشدید کننده ی تصویرمی شود.تشدید کننده ی تصویرشامل یک صفحه ی ورودی فسفری (یدیدسزیم)،یک فوتوکاد،الکترودهای کانونی کننده،یک آند و یک صفحه فسفری خروجی (سولفات روی –کادیم) می باشد.
باریکه در ابتدا به صفحه ی ورودی برخورد کرده تبدیل به فوتون مرئی می شود،فوتون مرئی پس ازبرخورد به فوتوکاتد تبدیل به باریکه الکترونی شده،این باریکه هنگام عبور ازالکترودهای کانونی کننده ، تقویت شده،سپس به صفحه ی خروجی برخورد می کند.طی این فرایند،تصویراولیه،تقویت شده درخروجی ظاهرمی شود.در قسمت خروجی تشدید کننده ی تصویر یک تلوزیون واقع شده که تصاویر دریافتی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل کرده و به نمایشگر تلوزیون ارسال می شود.
محدوده ی کلی این تصویربستگی مستقیم به فاصله ی تشدیدکننده ی تصویر و ابعاد صفحه ی فسفری ورودی دارد.این پارامترها به نحوی تعیین می شوند که در فواصل مختلفSSD ،حداکثر حوزه ی تابش قابل رویت باشد..استفاده از یک تشدید کننده ی تصویر 23تا30 سانتی متری بمنظورشبیه سازی با روش فلوروسکوپی مناسب است.البته تشدید کننده های بزرگتری هم موجود هستند.معمولا تشدید کننده های تصویر درفاصله ی 40سانتی متری زیر بیمارقرارمی گیرند وسیمولاتور باید بتواند ابعاد میدان را در ورودی تشدیدکننده ایجاد نماید.
تصاویرحاصل از فلوروسکوپی معمولا از صفحه ی نمایش تلوزیون مشاهده می شوند.این تصاویر را از طریق دوربین فیلم برداری و یاعکاسی که به انتهای تشدیدکننده نصب شودهم می توان ضبط کرد.
علاوه بر موارد فوق موارد فوقانی تشدید کننده تصویردارای یک کاست نگهداری فیلم رادیوگرافی است.درسیستم های سیمولاتور اکثرا از فیلم های (17×14)(43cm×33)استفاده می شود.با این وجود ابعاد مجاز فیلم ها بسته به تولیدکنندگان این سیستم ها متفاوت است.
گرید تابش از یک سری نوارهای سربی تشکیل شده است.این نوارها باعث جذب پرتوهای پراکنده می شوند.گرید در بالا کاست رادیوگرافی نصب می شود.نسبت ارتفاع نوارهای سربی درگرید به فاصله ی آنها را ضریب گرید گویند که بیانگرتوانایی گریدها برای حذف پرتوهای پراکنده می باشند.
ضرایب متوسط گریدعبارتند از:8:1،10:1،12:1،هر چه ضریب گرید بالا باشد،کنتراست تصویر بیشتر خواهد شد.اغلب از گرید کانونی (دارای نوارهای سربی مورب )هم در سیستم های فوق استفاده می شود.
علاوه برگرید مجموعه ی سینی به همراه بلوک های محافظ سربی هم در اکثر سیمولاتورها موجود بوده و قابل نصب در زیرکولیماتورمی باشد.بلوک های سربی با شکل های مختلف روی این سینی قرارداده می شوند به نحوی که بافت ها و قسمتهایی که باید خارج از محدوده ی درمان قراربگیرند از تابش مصون بمانند.
وضعیت این سینی ها در فواصل مختلف از کانون باید قابل انطباق باسینی های دستگاه های درمان باشند.برخی دستگاه های رادیولوژی و فلورسکوپی دارای سیستم تنظیم خودکار پارامترهای تصویرهستند(AEC) به این ترتیب که یک حسگر الکترونیکی با بررسی وضعیت تصویر، پس از تشخیص تصویر مناسب ، تابش را قطع می کند. سیستمAECقابلیت تنظیم فواصل مختلف ، mA و پارامترهای بیماران مختلف را داراست.برای کارایی مناسب ، این سیستم باید بطورمنظم کالیبره و تنظیم شود.
سیستم مکانیکی
سیستم های مکانیکی دستگاه شبیه سازشامل کولیماتور،گانتری،تخت و کنترل کننده هاست.کولیماتور شامل دیافراگم های سربی و فلزی قابل تنظیمی است که بوسیله ی آنها ابعاد میدان محدود و حوزه ی درمان مشخص می شود،بطوری که از پرتوگیری نواحی سالم خارج ازمحدوده ی درمان ممانعت بعمل می آورند.
کولیماتور و سیستم سیمولاتور باید مشابه دستگاه های درمانی با قابلیت چرخش تا %90 را بمنظور شبیه سازی داشته باشد.محدوده ی چرخش کولیماتور 50-360 درجه است.
حرکت عمودی کولیماتورموجب SAD می شود. (فاصله ی نقطه ی کانونی تیوپ پرتو X تا ایزوسنتر که به آن FAD هم گفته می شود)SAD بین 50 تا150 دراکثر سیمولاتور متداول است.
در قسمت داخلی کولیماتور سیمهای مشخص کننده ی میدان قرار دارد، که محدوده ی درمان توسط این سیم ها مشخص می شود..این سیم ها دو جفت عمود برهم با قطر0/5mm هستند که با قابلیت حرکت در محورهای طولی وعرضی،میدان های مستطیلی ازcm3×3 تاcm45×45راتولید می کنند.
محدوده ی حرکتی این سیم ها به گونه ایست که قادرند حداکثرابعاد میدان درمان را درحداکثرSAD برای تمام دستگاه های درمان شبیه سازی کند.(میدان cm45×45درSAD100) البته اکثر سیمولاتورها 5 تا10 سانتی متر از این حداکثر درSAD =100 تجاوز می کنند به این ترتیب یک نوارمرئی مناسب حول بزرگترین میدان درمان ایجاد می شود.
در برخی دستگاه ها حرکت کولیماتور و سیم های نشان گزار در دو جهت X وy کاملا مستقل هستند که این امرموجب توانایی دستگاه در ایجاد میدانcm0×0و شبیه سازمناسب شده و همچنین درتصویربرداری فلورسکوپی تابش اسکتر در کناره های میدان کاهش می یابد.در برخی دستگاهها حرکت این سیم ها توسط ریز پردازنده کنترل شده و ازمانیتور قرائت می شوند.گانتری حاوی کولیماتور،تیوپ، سیمها و تشدیدکننده ی تصویر است.این قسمت دارای مکانیزم چرخشی پایدار بوده روی زمین یا دیوار نصب می شود.کولیماتور و تشدیدکننده ی تصویر در راستای مناسب با حول مرکز باریکه و محورچرخش گانتری نصب می شوند.گانتری قابلیت چرخش 360 درجهت حول محورش را در مقادیرSAD بیش از100cm هم داراست.افزایشSAD بیش از100سانتی متر معمولا نیازمند ایجاد حفره در زمین یا تعریف نقطه ی ایزوسنتردر بالاترمی باشد.بعضی سیستم ها دارای قابلیت انتخاب SAD یا تنظیم اتوماتیک می باشد. همچنین این سیستم ها قادر به تنظیم خودکار زوایای خاص مانند0،90،180و270 درجه می باشد.
در اینجا این نکته ضروری به نظرمی رسدکه خریدار قبل ازخرید دستگاه سیمولاتور باید انطباق پارامترهای آن بخصوص زاویه بندی گانتری با دستگاه درمانی مورد نظر رامورد بررسی قراردهد.دراغلب سیمولاتورها در سرعت برای چرخش گانتری در نظر گرفته شده؛10/min تا 20/min برای تنظیم دقیق زاویه و180/minتا360/min بمنظور جابجایی سریع از وضعیت فوقانی به وضعیت خلفی (تغییر سریع وضعیت گانتری از0تا180درجه ).
همچنین در نصب این سیستم ها باید به این نکته دقت کرد که فاصله ی کانون تاسطح تخت باید به قدر کافی زیاد باشد تا سیستم بتواند حداکثرSSD معادل 100سانتی متر را شبیه سازی کند.
شدت سیمولاتور دارای حرکات انتقالی و(حرکت عمودی،طولی وعرضی)وحرکات چرخشی(طول محور ایزوسنتروحول محورخودش)می باشد.حرکات انتقالی تخت سیمولاتور و حرکات چرخشی آن بجز چرخش حول پایه خودش ؛دارای محرک الکتریکی است که هم از کنار تخت دراتاق سیمولاتور و هم اتاق کنترل تنظیم و کنترل می باشد.
سطح تخت دارای 45 تا51 سانتی مترعرض و219 تا274 سانتی مترطول می باشد. این سطح باید وضعیت افقی خود را پس از قرارگیری بیمار روی آن کاملا حفظ کرده و بتواند100سانتی مترSSD را در زاویه ی صفر درجه ی گانتی ایجاد نماید.
برخی تخت های سیمولاتور در حفره ی عمیق روی زمین نصب می شوند.بنابراین در وضعیت پارک این تخت ها به منظور پیاده و سوارکردن بیمار سطح تخت پایین تراز سطح زمین قرارگرفته باعث دسترسی راحت تر به بیمار خواهد شد.البته در تمامی موارد به علت اینکه قسمت تشدیدکننده ی تصویر زیر تخت قرارگرفته است،حداقل ارتفاع تخت از سطح زمین بگونه ای محدود می شود که از برخورد آن با تشدید کننده ی تصویر ممانعت بعمل آید.در صورتی که از تخت های چرخ دار استفاده شود،برای حرکت تخت ریلهای مخصوص نصب می شود و پس از اتمام وضعیت دهی تخت و بیمار،چرخ های تخت در حالت پایدار روی این ریلها قفل خواهدشد.
دراینجا ذکراین مورد ضروری بنظر می رسد که برای وضعیت دهی دقیق بیمار در حین درمان و صحت پارامترهای بدست آمده در شبیه سازی تخت سیمولاتور و تخت درمان باید کاملا مشابه یکدیگرباشند.علاوه به این لوازم جانبی تخت مانند بازوبندها و سربندها باید مشابه آنهایی باشد که در درمان مورد استفاده قرارمی گیرند.همچنین تخت باید نسبت به پرتوX نفوذپزیر باشد تاعبوراشعه از تخت موجب تضعیف آن و کم شدن کیفیت تصویرنشود.
بوسیله ی صندلی های ایزوسنتریک قابل انطباق با سیمولاتورهای موجود می توان شبیه سازی درمان در وضعیت Upright را ارتقا داد.در زاویه ی 90 یا 270 درجه ی گانتری این صندلی بین کولیماتور و تشدیدکننده ی تصویر درمحل خود ثابت می شود.دراین حالت بوسیله ی لیزری که به سقف نصب شده و باریکه ی آن منطبق بر محور ایزوسنتر است،می توان بیمار روی صندلی را با ایزوسنتر تنظیم نمود.
با این روش تصویربرداری از تومورهای صدری ،سر و گردن و سایر جراحات در وضعیت Upright بطورموثرتری انجام می شود.همچین شبیه سازی و درمان در حالت های قدامی خلقی،خلفی قدامی و جنبی خلفی ومیدان های مورل چند جهتی هم با این روش قابل اجرا می باشند.
معمولاسازندگان صندلی ایزوسنتریک به عنوان وسیله ی الحاقی ارائه می دهند حرکت تخت،چرخش گانتری و تنظیم SAD،چرخش کولیماتور و تنظیم دیافراگم و سیستم های نشان گذار وحرکات تشدیدکننده ی تصویرمی تواند از داخل اتاق سیمولاتور کنترل شود.
در این حالت پارامترهای نامبرده توسط کاستی که از سقف اتاق سیمولاتور آویزان شده است کنترل می شود.این کاست بگونه ای آویخته شده که در کنار تخت بیمار براحتی در دسترس باشد.پارامترهای ژنراتورXتوسط کنسولی که دراتاقی جداگانه قرار دارد تنظیم می شود.(اتاق کنترل مجاوراتاق سیمولاتور).در این اتاق امکان وضعیت دهی کلیه ی پارامترهای دستگاه شاملSAD ،زاویه ی گانتری،ابعاد میدان و سیم های نشان گذارهم ازطریق میز کنترل وجود دارد..تمامی مقادیر فوق بصورت دیجیتال ازطریق دو مانیتوریکی داخل اتاق سیمولاتور و دیگری دراتاق کنترل قابل قرائت هستند.
بمنظورحفاظت و ایمنی بیمار و دستگاه دربرابر برخوردهای فیزیکی احتمالی با بیمار یا اجزاء دستگاه با زمین یا تخت، درد ستگاه های سیمولاتورسیستم های ضد برخورد در نظرگرفته شده است.این سیستم شامل میله های حساس به تماس ،میکروسوئیچ های مکانیکی و یا حسگرهای الکترونیکی است که ازطریق یک ریز پردازنده تحت کنترل قراردارند.
بدون سیستم های فوق ،برخوردهای بین کولیماتور و بیمار،محفظه ی تیوپ X با زمین یا تخت،تشدیدکننده ی تصویر با زمین یا سطح تخت ممکن است منجر به بروز جراحات به بیمار یا آسیب دیدگی سیتم های مختلف دستگاه شود.سیستم فوق به محض دریافت سیگنال ارسالی ازهر یک ازحسگرهای مکانیکی یا الکترونیکی یا نرم افزار،از ادامه ی ارائه حرکت سیمولاتورجلوگیری می کند،بطوریکه کاربر باید از داخل اتاق سیمولاتور با برطرف کردن سیگنال برخورد،حرکت دستگاه را کنترل کند علاوه براین اتاق کنترل و هم دراتاق سیمولاتور شاسی های قطع اضطراری نصب است که در صورت بروز هر گونه اشکال یا خطر با فشردن هر یک از این شاسی ها تغذیه ی اصلی دستگاه قطع خواهد شد.

منبع: ebrt.ir