مجالات الفيزياء الطبية

مجالات الفيزياء الطبية
الفيزياء الطبية هو فرع من فروع الفيزياء التطبيقية يختص بتطبيق مبادئ وطرق الفيزياء لتشخيص الأمراض وعلاجها.
للفيزياء الطبية عدة مجالات متخصصة
معالجة الأورام السرطانية باستخدام الأشعة المؤينة العلاج الإشعاعي (Radio therapy).
التصوير الطبي لأغراض التشخيص باستخدام تقنية الأمواج فوق صوتية (Ultra sound)، بالإضافة إلى الأشعة السينية (X-ray)، والرنين المغناطيسي (MRI).
تقنية التصوير الإشعاعي التشخيصي باستخدام النظائر المشعة وهو ما يسمى بالطب النووي.
دراسة الأضرار التي تسبّبها الأشعة، وكذلك نظم الوقاية الإشعاعية للأشخاص العاملين في هذا المجال.
تخطيط القلب.
تخطيط الدماغ.
تطبيقات الفيزياء الطبية التي تهتم بدراسة الدماغ باستخدام الموجات المغناطيسية.
الاستخدامات الطبية للإشعاعات تحت الحمراء.
استخدام الحرارة في معالجة الأورام.
استخدامات الليزر في الجراحة.
التشخيص بالأشعة
التشخيص بالأشعة هو تشخيص طبي يقوم على استخدام أنواع مختلفة من الإشعاع في التصوير الطبي لتشخيص وأحيانا لعلاج الأمراض وهناك العديد من أنواع الأشعة المستخدمة مثل: الأشعة العادية والأشعة المقطعية والموجات الصوتية والطب النووي(استخدام المواد المشعة) وقد تستخدم هذه الأشعة في عمل إجراء طبي تداخلي (داخل الجسم)لتشخيص أو علاج بعض الأمراض.
الأشعة السينية
هي اشعة كهرومغناطيسية ذات طول موجي تستخدم بشكل واسع في التصوير الشعاعي وفي العديد من المجالات التقنية والعلمية.
اكتشفها العالم الألماني وليام رونتجن عام 1895 في جامعة فورتسبورغ ونال منها جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1901.
استخدامات الأشعة السينية
التصوير الشعاعي في الطب للكشف عن الأسنان والعظام وكسورها وتحديد مواقع الأجسام الصلبة مثل الشظايا والرصاص في الجسم وكذلك الكشف عن الأورام في الجسم.
يستخدم الأطباء هذه الأشعة في علاج الأورام السرطانية الخبيثة والقضاء عليها.
في الصناعة لكشف الهنات والشقوق في القوالب المعدنية والأخشاب المستعملة في صناعة الزوارق.
في مجال الأمن تستخدم الأشعة السينية في مراقبة حقائب المسافرين في المطارات بحثا عن أسلحة أو قنابل.
في علم دراسة الأجسام الصلبة اذ أنه باستخدام حيود الأشعة السينية اتضح وجود تناظر معين في بعض أنواع الجوامد (البلورات).
في مجال الفن استخدمت للتعرف على اساليب الرسامين والتمييز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة.
إنتاج الأشعة السينية
تصدر الأشعة السينية بطريقتين:-
بواسطة تعجيل (تسريع) الجسيمات المشحونة وتكون عادة إلكترونات وهه تكون أشعة انكباح التي تشكل طيفا مستمرا (أي خليط من الموجات الكهرومغناطيسية القصيرة والقصيرة جدا).
أو عند انتقال إلكترون في غلاف الذرة أو الجزيء من مستوى عال جدا للطاقة إلى مستوى منخفض جدا وهذه هي الأشعة المتميزة بطول موجة معين ويكون لها طاقة معينة.
الأمواج فوق الصوتية
الموجات فوق الصوتية: موجات صوت تنتشر في الأوساط المادية (الماء، الهواء، المواد الصلبة) بشكل اهتزازات طولية بعيدا عن مصدر الصوت مكونة موجات مثل أمواج البحر.
يبلغ تردد تلك الموجات أعلى من 20,000 هيرتز، أي أنها أعلى من الموجات الصوتية المسموعة، فمن المعروف بأن الموجات الصوتية يتراوح ترددها بين 20 هيرتز و20،000هيرتز.
تقوم التقنيات التي تستخدم هذا النوع من الموجات على مبدأ إسقاط الحزمة الصوتية والعمل على التقاط الانعكاس الذي يرتد من العضو الذي تم إسقاطها عليه.
تكون الصورة التي تنتج عن هذه التقنية بألوان تتراوح بين الأسود والأبيض.
إن الأنسجة التي تمتلك مقاومة مرتفعة يكون لونها أبيض، أما تلك التي تمتلك مقاومة منخفضة فإن لونها يكون أسوداً.
يمتاز هذا النوع من الموجات بالعديد من الخصائص والتي من أبرزها الانعكاس، والامتصاص، إضافة إلى الانتشار المبعثر.
يوجد العديد من العوامل التي تؤثر على عبور تلك الموجات للعضو والأنسجة، ومن أبرزها: عمق الأنسجة، ونوع الأنسجة، والتردد الموجي المستخدم.
مكونات جهاز الأمواج فوق الصوتية
المسبار.
شاشة العرض.
لوحة تحكم.
مشغل أقراص.
وحدة تخزين.
طابعة.
مخاطر استخدام الأمواج فوق الصوتية
الأصابة بالسرطان.
عدم حدوث التبويض للأنثى.
الأصابة بسرطان الثدي.
الولادة قبل الأوان.
قد يؤثر على صحة الجنين فقد يسبب زيادة فرص الولادة القيصرية.
الرنين المغناطيسي
الرنين المغناطيسي: هي وسيلة تصوير طبي لتوضيح التغيرات الباثولوجية في الأنسجة الحية وللرنين المغناطيسي استخدامات غير طبية ومن الناحية الفيزيائية فهي تعتمد على الحقول المغناطيسية والموجات الراديوية.
جهاز الرنين المغناطيسي
يوجد أنواع مختلفة ومتعددة اليوم بأفكار مختلفة كثيرة لأجهزة الرنين المغناطيسي وبشكل عام يوجد ثلاثة أنواع رئيسية لأجهزة الرنين المغناطيسي:-
دائم.
مقاوم.
مانع للمقاومة.
_ جهاز الرنين المغناطيسي بشكل عام يحتوي على جزء يعطي الحقل المغناطيسي القوي & جزء يصدر موجات الراديو لتحفيز البروتونات ويلتقط الإشارات القادمة منها & وجزء النظام المتدرج.
_ المسح الذي يستخدم في المجالات الطبية يتكلف مليون دولار لكل تسلا وعدة مئات الالاف من الدولارات تنفق سنويا في الصيانة.
_تستخدم أجهزة الحاسب الالي بشكل أساسي في فحوصات الرنين المغناطيسي وبرامجها المتقدمة تساعد بشكل فعال في على إعطاء أفضل النتائج.
استخدامات جهاز الرنين المغناطيسي
_استخدام الرنين المغناطيسي هو لغرض تشخيصي مثل تصوير الأوردة والشرايين، أو تصوير التغيرات العصبية في الدماغ، والرنين المغناطيسي يعتبر أفضل أنواع التصوير في توضيح الأنسجة وسوائل الجسم، وكذلك يستخدم لتخطيط الخطط العلاجية القائمة على العلاج الإشعاعي. قبل الفحص بالرنين المغناطيسي يجب مراجعة التاريخ المرضي والتأكد بشكل تام من عدم وجود جراحات سابقة أو حوادث أدت إلى تواجد معادن في الجسم مثل الشظايا، ويتم التأكد من ذلك عبر الفحص بالأشعة العامة الروتينية ومرور المريض من خلال كاشف معادن. يعطي المريض في الغالب صبغة خاصة تحقن في الجسم وذلك لزيادة التباين وتوضيح الأجزاء المتقاربة.
كيفية عمل جهاز الرنين المغناطيسي
يعمل بواسطة مسح غير غازي للجسم لأغراض التشخيص الطبي، بحث الدماغ، علم النفس، الطب النفسي، البحوث البيولوجية وغير ذلك هذا الفحص فعال لا سيما لتصوير الجهاز العصبي المركزي - الدماغ والحبل الشوكي - والمفاصل، مثل الركبة والكتف. في صور الرنين المغناطيسي لا ترى سوى الأنسجة الرخوة - لا ترى العظام نفسها وانما فقط نخاع العظام.
أمثلة للإستخدامات الشائعة للتصوير بالرنين المغناطيسي
البحث عن الأورام في الدماغ.
تشخيص التصلب المتعدد.
تقيم وضع الهلالة في الركبتين.
فحص فتق القرص الفقري.
العلاج بالأمواج
الألياف الضوئية
الألياف الضوئية: هي ألياف شفافة مرنة مصنوعة من الزجاج النقي أو البلاستيك بقطر أثخن قليلا من قطر شعرة الإنسان وتستخدم في الاتصالات الضوئية البصرية لما تتميز به من قدرة على البث لمسافات أبعد وبأمواج طولية أعلى من كبلات الأسلاك العادية.
استخداماتها
تستخدم الألياف عوضا عن الأسلاك المعدنية لأن الإشارات تسافر فيها بأقل قدر من خطر فقدانها كما أن الألياف محصنة ضد التداخلات ضد الإلكترومغناطيسية التي تعاني منها الأسلاك المعدنية بشكل كبير.
كيفية انتقال الضوء في الألياف البصرية
ينتقل الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقالب الزجاجي (cladding) انعكاسا داخليا كليا. ولان هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان الإشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة. ولكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي.
لكي تحدث الانعكاسات المستمرة على جدار الغلاف الواقي داخل الآلياف الضوئية فإن هذا يعتمد على ظاهرة فيزيائية تسمى ظاهرة الإنعكاس الداخلي الكلي.
المنظار الضوئي للألياف البصرية
يتكون المنظار الضوئي من ثلاثة أجزاء رئيسية:
العدسة الشيئية: تصور الهدف المراد مشاهدتة وتنقله إلى الطرف البعيد لدليل الصورة.
دليل الصورة نفسه.
الجهاز العيني المركب على الطرف القريب للدليل لمشاهدة الصورة المنقولة بواسطته.
تركيب الألياف الضوئية
القلب: وهو قلب من الزجاج الفائق النقاء يمثل المسار الذي ينتقل من خلالة الضوء.
القشرة الزجاجية: وهي المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي وهي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يصنع منه القلب ويعكس الضوء بإستمرار ليبقى في داخل القالب الزجاجي.
الغلاف الواقي: وهو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر.
تطبيقات على الألياف الضوئية
الإتصلات الهاتفية.
الاتصالات التلفزيونية.
الشبكات المحلية.
الإستخدامات العسكرية.
مزايا وفوائد الألياف الضوئية
غير مكلفة.
رفيعة السمك.
كفاءتها عالية.
امنة ضد الاحتراق.
خفيفة الوزن.
مرونتها عالية.
العلاج بالأشعة
يستخدم العلاج الإشعاعي الطاقة لتقليص الاورام وقتل الخلايا السرطانية ومن أنواعه الأشعة السينية وأشعة جاما والجسيمات المشحونة والأشعة فوق البنفسجية وقد يتم التعامل مع الإشعاع بواسطة آلة خارج الجسم (العلاج الإشعاعي الخارجي) أو قد تأتي من وضع المواد المشعه في الجسم بالقرب من الخلايا السرطانية(العلاج الإشعاعي الداخلي).
أشعة جاما
أشعة جاما هي أشعة كهرومغناطيسية، تنتقل على هيئة أمواج أو جسيمات بأطوال موجية وترددات مختلفة، تعرف على نطاقٍ واسعٍ باسم الطيف الكهرومغناطيسي، ينقسم هذا الطيف إلى سبعة أقسام على حسب ترتيب طول الموجة المتناقص وزيادة الطاقة والتردد، ويُطلق على كلّ قسمٍ من أقسام الطيف الكهرومغناطيسي اسم كما يأتي: موجات الراديو، أو الميكروويف، أو الأشعة تحت الحمراء IR، أو الضوء المرئي، أو الأشعة فوق البنفسجية UV، أو الأشعة السينية.
استخدامها في المجال الطبي
استخدم أشعة جاما في بعض الأحيان لعلاج الأورام السرطانية في الجسم عن طريق إتلاف الحمض النووي للخلايا السرطانية، وتجدر الإشارة إلى ضرورة توخي الحذر عند إعطاء جرعات العلاج بأشعة جاما، عن طريق توجيه أشعة جاما من معجل خطي على المنطقة المستهدفة من العديد من الاتجاهات المختلفة، حيث يمكن أن تضر أشعة جاما ببعض الأنسجة السليمة المحيطة بالحمض النووي في حال تمّ استخدامها بطريقةٍ خاطئة.
الأشعة فوق البنفسجية
تعرف الأشعة فوق البنفسجية بأنها إحدى الموجات الكهرومغناطيسية التي تمتلك طولاً موجياً قصيراً أقصر من الضوء المرئي، وقد سميت بهذا الاسم نسبةً إلى اللون البنفسجي في ألوان الطيف الذي يُعتبر الأقصر من ضمن ألوان الطيف، ويتراوح طول الأشعة فوق البنفسجية ما بين 10 نانومتر إلى 400 نانومتر، أما طاقتها فتتراوح ما بين 3 إلكترون فولت إلى 124 إلكترون فولت، والجدير بالذكر أن الأشعة فوق البنفسجية أطول من الأشعة السينية، كما تأتينا الأشعة فوق البنفسجية من عدة مصادر طبيعية وأهمها الشمس، حيث تنبعث بواسطة الضوء الأسود أو التقوس الكهربي.
استخداماتها
تُستخدم في العديد من التطبيقات الطبية مثل علاج الأمراض الجلدية.
تستخدم لوقاية من إصابة بالعديد من الأمراض أهمها الاكتئاب وهشاشة العظام وتساقط الشعروالسرطان.
ومن التطبيقات عليها
تحليل المعادن.
مكافحة الحشرات.
صناعة مصابيح فلورنست.
انظر أيضا
الأورام
السرطان
الأشعة السينية
المراجع
فيزياء