مقدمة الوحدة وأهداف الفصل

أدت الاكتشافات الفيزيائية المتسارعة مع نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين إلى تطور طرق التشخيص والعلاج للأمراض المختلفة، وازداد هذا التطور بشكل مطّرد في النصف الثاني من القرن العشرين مع تطور علوم الحاسوب وتكاملها مع العلوم المختلفة؛ مما نتج عنه تقنيات طبية متقدمة تستخدم في وقتنا الحاضر.

تُعرَّف الفيزياء الطبية بأنها التطبيق العملي للمبادئ والطرق والتقنيات الفيزيائية في الطب سواء في عملية تشخيص الأمراض أو علاجها، ويتعلق الجزء الأكبر منها باستخدام الإشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الأشعة السينية (X-Ray) وأشعة جاما، كما تتضمن استخدام الأمواج فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي.

المتوقع من الطلبة بعد دراسة الوحدة

توظيف الفيزياء الطبية في التشخيص والعلاج والتقنيات الطبية المستخدمة لذلك، وكيفية تلافي المخاطر التي قد تنشأ عنها.

أهداف الفصل الأول

• بيان كيفية تكوين صورة بالأشعة السينية.
• تفسير استخدام الصبغات الملونة في التصوير بالأشعة السينية.
• تعداد مجالات استخدام الأشعة السينية في التشخيص.
• ذكر الحالات التي يستخدم فيها المنظار الطبي.
• توضيح فكرة عمل التصوير الطبقي واستخداماته.
• توضيح مخاطر استخدام التصوير الطبقي.
• بيان فكرة عمل جهاز الرنين المغناطيسي.
• توضيح ميزات استخدام المنظار الطبي في التشخيص.

يعتقد كثير من العلماء أن استخدام الفيزياء الطبية بدأ في العام 1895م عندما اكتشف العالم ويليام رونتجن (Wilhelm Rontgen) الأشعة السينية (X-Ray)، وقد يكون التاريخ الحقيقي أقدم من ذلك بكثير، حيث إن أبقراط الفيلسوف اليوناني (377–460) ق.م قام بدهن الطين على ظهر المريض لمعرفة المنطقة المصابة، حيث إنها تكون أكثر سخونة من غيرها؛ وتؤدي لجفاف الطين بشكل أسرع. ومع تطور التكنولوجيا أصبح من الممكن تصوير الأشعة الحرارية الصادرة عن مناطق الجسم المختلفة باستخدام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، بطريقة مختلفة عن طريقة أبقراط (الشكل 2-1: تصوير حراري).

2-1-1 اكتشاف الأشعة السينية والتشخيص بها

يعد التصوير بالأشعة السينية من أكثر طرق التصوير الطبي استخداماً. اكتشف رونتجن الأشعة السينية عام 1895م عندما كان يمرر تياراً كهربائياً خلال أنبوب زجاجي مفرغ من الهواء، فلاحظ توهجاً على لوح قريب من الأنبوب، واستنتج أنه بسبب أشعة غير مرئية نتجت عن التفريغ الكهربائي، وأطلق عليها أشعة X أي الأشعة المجهولة. وحصل على أول صورة بالأشعة السينية ليد زوجته عندما وضعتها أمام المصدر فتكونت صورة على فيلم حساس خلفها، وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1901م.

التشخيص بالأشعة السينية

الأشعة السينية جزء من الطيف الكهرومغناطيسي، تسير بسرعة الضوء، طولها الموجي قصير وطاقتها عالية تمكنها من المرور خلال الأنسجة الحية. والمبدأ الأساسي للتصوير بها هو اختلاف المواد في قدرتها على امتصاصها نتيجة اختلاف كثافتها.

• العظام: عالية الكثافة وتحتوي عناصر ذات أعداد ذرية عالية كالكالسيوم، فتمتص نسبة كبيرة من الأشعة فلا تمر، فيظهر لها ظل أبيض على الفيلم.
• الأنسجة العضلية والدهنية: أقل كثافة وتتكون من الأكسجين والهيدروجين والكربون ذات الأعداد الذرية الأقل، فتسمح بمرور نسبة أكبر من الأشعة فتظهر بدرجات الرمادي المختلفة.
• الأنسجة التي تحتوي الهواء مثل الرئتين: تنفذ منها معظم الأشعة فتظهر باللون الأسود (الشكل 2-2).

نشاط 2-1: حاول الحصول على صور مختلفة أخذت بالأشعة السينية من أحد أفراد عائلتك أو أصدقائك، وتعرف على الأعضاء الظاهرة فيها والغرض الذي أخذت من أجله.

التصوير بالصبغات الملونة (الفلوروسكوبي)

في الوضع الطبيعي لا تظهر بعض الأعضاء مثل الكبد أو المعدة أو الأمعاء أو الأوعية الدموية في التصوير بالأشعة السينية، ولإظهارها يُعطى المريض صبغة معينة عن طريق الحقن أو الفم تسمى مادة التباين. لهذه المادة قدرة على امتصاص الأشعة السينية بكفاءة أعلى من الأنسجة المحيطة لأن عددها الذري أعلى بكثير، ومن مواد التباين اليود (العدد الذري 53) والباريوم (العدد الذري 56). ويسمى التصوير بأشعة X مع إعطاء مادة التباين بالفلوروسكوبي.

يُعدّ الفلوروسكوبي من التقنيات التي تستخدم فيها الأشعة السينية لتصوير تدفق مادة التباين خلال الجسم، حيث يلتقط الطبيب الصورة التي يريدها عند فترات زمنية محددة للتشخيص فيما بعد (الشكل 2-3).

أمثلة على استخدام الفلوروسكوبي

• فحص الجهاز البولي: تُحقن الصبغة (اليود) عن طريق الوريد وتُفرز عن طريق الجهاز البولي فتُرى أجزاؤه بوضوح. قبل الفحص بيوم يُعطى المريض دواء مسهلاً مع أطعمة خفيفة فقط، ثم يمتنع عن الأكل والشرب قبل الفحص بست ساعات حتى يكون الجهاز الهضمي شبه فارغ لمنع القيء، ويمتنع عن مضغ العلكة والتدخين حتى لا تدخل غازات تُضعف وضوح الصور. يستغرق الفحص ما يقارب الساعة.
• فحص المعدة والاثني عشر: يتناول المريض صبغة الباريوم عن طريق الفم وتظهر الصور على شاشة تلفزيونية. يلزم الامتناع عن الأكل والشرب قبل الفحص بست ساعات، وعن التدخين قبله بـ 24 ساعة.

احتياطات وسلامة

المرضى المصابون بالربو والحساسية يجب أن يراجعوا الطبيب المعالج لتحضيرهم حتى لا تسبب الصبغات مضاعفات خطيرة. أما المصابون بالسكري فعليهم إيقاف بعض الأدوية لمدة أربعة أيام قبل الفحص بإشراف الطبيب المختص الذي يعطيهم أدوية بديلة خلال هذه المدة. ولا ينصح بهذا الفحص للنساء الحوامل والأطفال دون سن السادسة عشرة. والصبغات آمنة إلى حد كبير لأن الباريوم واليود قليلا السمية ويتخلص الجسم منهما بسهولة، إلا في حالات الحساسية لمادة التباين التي تظهر فيها أعراض جانبية كالحساسية والإمساك.

هل تعلم؟ بعد إجراء فحص الأشعة باستخدام صبغة الباريوم يجب تناول كميات كبيرة من السوائل بالإضافة إلى الأغذية التي تحتوي الألياف مثل الخضراوات والفواكه.

مجالات التصوير بالأشعة السينية وآثاره الجانبية

تزداد الآثار الإيجابية للتصوير الطبي الإشعاعي باستخدام الأشعة السينية من حيث دقة التشخيص واكتشاف الأمراض بشكل مبكر، فهي تساعد الطبيب في التشخيص وتقدير الاحتمالات الممكنة للمريض ومن ثم اختيار الأسلوب الأمثل في العلاج.

حالات يستخدم فيها

• فحص إصابات العظام وتشخيص الكسور.
• فحص الرئتين.
• معرفة حجم الأعضاء الداخلية وموقعها بالنسبة للأعضاء الأخرى.
• فحص الأسنان.
• فحص الثدي.
• الكشف عن وجود أجسام غريبة داخل الجسم.

الآثار الجانبية

تبين منذ السنوات العشر الأولى لاستخدام الأشعة السينية أن لها تأثيرات جانبية ضارة، فيمكن أن تحدث حروقاً، ولها تأثير في خلايا النخاع العظمي والغدد التناسلية. وأظهرت الدراسات على الخلية أنها تسبب تغيرات في نواتها؛ مما يؤدي إلى طفرات جينية يترتب عليها تشوهات خلقية عند الولادة؛ لذلك ينصح الأطباء بعدم استخدامها للمرأة الحامل في الأشهر الأولى من الحمل، وتستخدم الواقيات الرصاصية لحماية العاملين بها لقدرة الرصاص العالية على امتصاص هذه الأشعة.

وقامت الهيئة الدولية للطاقة الذرية بنشر توصيات للحماية والأمان، ووضعت قوانين منظمة لاستعمالات هذه الأشعة، وحددت معايير ومواصفات لصناعة الأجهزة التي تنتجها وألزمت الشركات الصانعة بها، كما حددت المقادير والجرعات الإشعاعية العظمى المسموح بها.

ابحث: إضافة للمجال الطبي فإن الأشعة السينية تستخدم في مجالات أخرى مثل الصناعة، اكتب بحثاً عن الاستخدامات الصناعية للأشعة السينية.

نشاط 2-2: قم أنت ومجموعة من طلبة صفك برحلة علمية لأحد المستشفيات للتعرف على قسم التصوير بالأشعة، وتعرف من الفنيين على الأجهزة المستخدمة وعلى مراحل عملية التصوير وإجراءات الوقاية من خطر الأشعة، ثم اكتب تقريراً مدعماً بالصور لنتائج زيارتك.

2-1-2 التصوير الطبقي (CT)

تقنية طبية تستخدم الأشعة السينية والكمبيوتر لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد لأعضاء جسم المريض، وتعطي تفاصيل الأنسجة الرخوة كالأنسجة العضلية والأوعية الدموية أو الأعضاء كالدماغ، كما يمكنها تصوير مقاطع عرضية، بينما تعطي الأشعة السينية التقليدية صوراً مسطحة ثنائية الأبعاد.

فكرة عمل الجهاز: يوجّه أشعة X على جسم الإنسان مع تحريك المصدر حركة دائرية حول مركز الجسم لأخذ مئات الصور من زوايا مختلفة، وتُجمع الصور الناتجة (الظلال المتكونة على الجانب المقابل لكل زاوية) في ذاكرة الكمبيوتر الذي يقوم بتجميعها وتكوين صورة ثلاثية الأبعاد للجسم (الشكل 2-4: مصدر الأشعة، المريض، كاشف الأشعة، حاسوب).

هل تعلم؟ أول جهاز تصوير بالأشعة الطبقية اخترعه العالم البريطاني جودفري هاونزفيلد (Godfrey Hounsfield)، وحصل على جائزة نوبل عام 1979م. وتكون الصور أكثر تفصيلاً ووضوحاً مقارنة بالتصوير التقليدي، وللحصول على جودة أكثر يُحقن المريض أحياناً بمحاليل تجعل ظهور الأعضاء الداخلية أكثر وضوحاً.

مجالات الاستخدام

• تشخيص أمراض الرئة كالالتهابات والسرطان.
• تصوير أعضاء البطن والحوض لاكتشاف الالتهابات والأورام والنزيف.
• تشخيص أمراض الكبد والبنكرياس.
• الكشف عن حصى الكلى والمرارة.
• تشخيص إصابات الرأس والنزيف وأورام الدماغ.
• تشخيص أمراض القلب.

المخاطر

يتعرض المريض للإشعاع لفترة أطول مقارنة بصورة الأشعة السينية العادية التي لا تستغرق إلا لحظات، لكن فوائد التصوير الطبقي أكبر بكثير من عيوبه (دقة التشخيص ووضوح الصور وتفاصيلها)، ويمكن للطبيب استخدام أقل نسبة إشعاع ممكنة وتساعد على ذلك الأجهزة الحديثة. ويشكل خطراً على الأجنة؛ لذلك يُلجأ للمرأة الحامل إلى الموجات فوق الصوتية أو الرنين المغناطيسي لتفادي تعرض الجنين للإشعاع. ومن المخاطر الأخرى الحساسية تجاه الصبغات: أغلب الحالات حكة أو طفح جلدي، وفي حالات نادرة قد يكون رد الفعل شديد الخطورة خاصة على الكلى.

2-1-3 التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

تعتمد التقنية على الظاهرة الفيزيائية المعروفة بالرنين النووي المغناطيسي، حيث تستخدم الطاقة المغناطيسية وأمواج الراديو لإصدار صور دقيقة وتفصيلية للجسم. اخترع جهاز الرنين المغناطيسي عام 1977م واعتُبر حدثاً مذهلاً في الطب الحديث، ويحتوي على تجويف أفقي يحيط به مغناطيس يستلقي المريض على ظهره داخله.

ميزاته

• يصور كل المقاطع ومن جميع الاتجاهات دون تحريك الجهاز.
• الأشعة المستخدمة راديوية غير خطرة، وطاقتها وتأثيرها على الأنسجة أقل بكثير من الأشعة السينية.
• صور عالية الدقة والوضوح.

احتياطات قبل الفحص (بسبب المجال المغناطيسي القوي جداً)

• إزالة جميع الأجسام المعدنية من الملابس.
• إبعاد الهواتف النقالة والبطاقات الممغنطة خارج حجرة الفحص.
• إبلاغ الطبيب أو فني الأشعة عن أية عمليات أو دعامات معدنية سبق تركيبها، لأن المجال قد يسحب الأجسام المعدنية أو الشظايا فيسبب ضرراً للمريض، وقد تتسبب بإيقاف الجهاز وتعطيل نظام التبريد للملفات التي تنتج المجال المغناطيسي، وهذا يتطلب تكاليف عالية للإصلاح.

في معظم المراكز يجيب المريض خطياً عن أسئلة تتعلق بوضعه الصحي ومدى خوفه من الأماكن الضيقة؛ فقد تستمر العملية نصف ساعة أو أكثر، وتوضع أدوات واقية على الرأس، ويسمع المريض أصواتاً قد تكون مزعجة، لكن غالبية الناس لا تتأثر كثيراً بسبب وجود سماعات تخفف حدة الأصوات واتصال مباشر مع الفني.

ابحث في موانع استخدام التصوير بجهاز الرنين المغناطيسي.

2-1-4 التشخيص بالأمواج فوق الصوتية

تستخدم في الطب للتشخيص دون إجراء عمليات جراحية، وهي أمواج ترددها أكبر من المدى الذي تستطيع الأذن البشرية سماعه (20 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز).

فكرة العمل: يصدر الجهاز أمواجاً ذات ترددات عالية تتراوح بين 1 إلى 5 ميجاهيرتز توجه إلى جسم المريض من خلال مجس خاص، وتخترق الجسم وينعكس جزء منها عن الحدود الفاصلة بين مكونات الجسم ويعود إلى المجس، ويغذى بها الحاسوب المرفق الذي يحسب المسافة بين المجس وطبقة الجلد أو العضو الذي انعكست عنه الأمواج ليكوّن صورة للأعضاء (الشكل 2-5: صورة لجنين).

هل تعلم؟ الخفاش يستعين بالأمواج فوق الصوتية التي يحدثها لتسقط على الأجسام أمامه وتنعكس عنها ويسمعها فيحدد مساره دون حاجة للإبصار. وتستخدمها الحيتان في البحر، والغواصات البحرية كجهاز رادار يعمل في أعماق المحيطات لكشف الغواصات المعادية.

مجالات الاستخدام

• الحمل وأمراض النساء: قياس حجم الجنين وتحديد وضعه، وعدد الأجنة، وجنس الجنين، ومعدل نموه، وكمية السائل المحيط به، والكشف عن الأورام السرطانية داخل المبيض والثدي.
• أمراض القلب: تحديد وجود خلل وظيفي أو تركيبي، وقياس معدل تدفق الدم خلال القلب والأوعية الدموية الرئيسية.
• أمراض الجهاز البولي: قياس كمية تدفق الدم خلال الكليتين، والكشف عن الترسبات الكلسية (الحصى) في الكلية.

ابحث في مجالات أخرى لاستخدام التصوير بالأمواج فوق الصوتية.

المخاطر

بالرغم من عدم تسجيل أية حالات مرضية في الإنسان أو الحيوان نتيجة الفحوصات بالأمواج فوق الصوتية، ينصح باستخدامها كلما دعت الضرورة فقط تفادياً لتعريض أجزاء من الجسم للطاقة الناتجة عنها، التي تمتص بسهولة في الماء الموجود في الأنسجة الحية؛ مما يسبب ارتفاعاً موضعياً في درجة الحرارة للمناطق المعرضة لها.

2-1-5 المنظار (Endoscopy)

تستخدم المناظير في فحص الأعضاء أو الأوعية الدموية داخل الجسم، والمنظار أنبوب مرن رفيع توجد عند طرفه كاميرا يُدخل في الجسم من فتحاته الطبيعية كالفم أو الأنف أو فتحة البول أو الشرج، أو من خلال شق صغير في مكان معين. يسمح للطبيب الجراح برؤية الأعضاء الداخلية مباشرة، أو أخذ عينات، أو إجراء جراحات داخلية باستخدام مقصات أو ملاقط دقيقة مثبتة في نهايته. وتحمل أغلب المناظير مصدراً ضوئياً ينير المنطقة المفحوصة، وأحياناً تُرسل الصورة إلى شاشة أمام الطبيب.

أنواع المناظير

• منظار الجهاز الهضمي العلوي: لفحص المريء والمسالك المعوية العليا؛ ومنظار الجهاز الهضمي السفلي لفحص القولون (الشكل 2-6).
• منظار الجهاز التنفسي: لفحص القصبات والرئتين، ويدخل من الأنف أو الفم.
• منظار المفاصل: يدخل من خلال شق صغير بالقرب من المفصل المراد فحصه.
• منظار الجهاز البولي: يدخل من خلال مجرى البول (الشكل 2-7).

ميزات استخدام المنظار

من الطرق الدقيقة في التشخيص؛ أدى إلى الاستغناء عن العمليات الجراحية في كثير من الحالات، ولا يحتاج إلى قطع عميق في الجسم، ولا يترك آثاراً أو ندوباً، وقلل احتمال الالتهابات التي تعقب العمليات الجراحية التقليدية والألم الناتج عنها؛ مما قلل فترة بقاء المريض في المستشفى.

للنقاش: المنظار الطبي اختصر كثيراً من العمليات الجراحية، ناقش بعض العمليات التي كانت تجرى بالجراحة وأصبح بالإمكان إجراؤها بواسطة المنظار.

جدول مقارنة

مراجعة الفصل

أسئلة نهاية الفصل من المصدر:

الاختبار النهائي (30 سؤالاً)