کاربرد فیزیک در پزشکی

Mri چيست؟ MRI=magnetic resonance imaging

يكي از بهترين تكنيكهادر دنياي پزشكي در تشخيص بيماريها استفاده از تصويربرداري تشديد مغناطيسي(MRI)است كه بدون تابش اشعه ايكس مي توان اسكن هاي واضحي از بافتهاي مختلف بدن گرفت .

پديده تشديد مغناطيسي اولين بار تو سط دو فيزيكدان بنامهاي فليكس بلاچ و ادوارد پاركل بطور جداگانه كشف گرديد با اين كشف انها در سال 1952 مفتخر به دريافت جايزه نوبل گرديدند.

سرانجام در سال 1970 دكترريموند دامادين به اين فكر افتاد كه از فراواني اب در بدن براي تصوير برداري به روش تشديد مغناطيسي استفاده كند

در اين روش براي ايجاد يك تصوير سه بعدي بدن از سه جهت تحت تابش يك ميدان مغناطيسي قوي قرار مي گيردكه شدت ان گاهي 60000 برابر شدت ميدان مغناطيس زمين مي باشد.

وچون در تمام اندامهاي بدن به ميزان معيني اب وجوداردبديهي است كه هيدروژنهاي موجود در اب كه دوقطبي هستند تحت تاثيرميدان مغناطيسي قرار گيرندو تقريبا در يك جهت بخط شوندكهاگر در اين حالت به بدن امواج راديويي با فركانس معين بتابانيم سبب توليد يك جريان الكتريكي توسط هيدروژن خواهد شد و مي توان با يك تقويت كننده وكامپيوتر تصويري از ان ناحيه معين بوجود اورد.

پزشكان با استفاده از اين تكنيك ارزشمند توانستند از بافتهاي مختلفي مانند مغز تصاوير واضحي بدست اورند در شكل زير يك اسكن از سر انسان بروش MRIرا ميبينيداگرتوموري در ان باشد ان تومور به صورت لكه اي در تصوير ظاهر خواهد شدكه رنگش با ساير نقاط سر متفاوت است زيرا ميزان هيدرژن تومور با ميزان هيدرژنهاي اطراف فرق ميكند بنابراين پس از تابش امواج راديويي سيگنالها ودر نتيجه تصوير مربوط به ان ايجاد مي شود امروزه پزشكان با استفاده از اين فناوري مي توانند با تشخيص محل لخته شدن خون در قلب و يا مغز از وقوع سكته در انسان جلوگيري كنند.

هنگامي كه بيماري براي اسكن به اين روش اماده ميشود بايد دقت شود كه همراه وي هيچ گونه فلزي نباشد زيرا سبب اختلال در تصوير مي شود.همچنين افرادي كه در دستها يا پاهايشان پلاتين كار گذاشته شده ويا افرادي كه از باطريهاي قلب استفاده ميكنند نبايد از اين روش براي عكس برداري استفاده نمايند.زيرا وسايل فلزي تحت تاثير ميدان مي توانند در بدن حركت كنند. سونوگرافي (Ultrasound) چيست؟ ريشه لغوي

كلمه سونوگرافي از لفظ لاتين sound به معني صوت و نيز graphic به معني شكل و ترسيم گرفته شده و ultrasound از ultra به معني ماورا و نيز sound به معني صوت يا صدا گرفته شده است.

تاريخچه

در سال 1876 ميلادي ، فرانسيس گالتون براي اولين بار پي بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهاني اول كشور انگلستان براي كمك به جلوگيري از غرق شدن غم ‌انگيز كشتي‌هايش توسط زيردرياييهاي كشور آلمان در اقيانوس آتلانتيك شمالي دستگاه كشف كننده زيردريايي‌ها به كمك امواج صوتي به نام Sonar ابداع كرد. اين دستگاه امواج فراصوت توليد مي‌كرد كه در پيد اكردن مسير كشتيها استفاده مي‌شد. اين تكنيك در زمان جنگ جهاني دوم تكميل گرديد و بعدها بطور گسترده‌اي در صنعت اين كشور براي آشكار سازي شكافها در فلزات و ساير موارد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. از كاربرد بخصوصي كه انعكاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشكي وارد شد و تبديل به يك وسيله تشخيصي بزرگ در علم پزشكي گرديد.

سير تحولي در رشد

نخستين دستگاه توليد كننده امواج فراصوت در پزشكي ، در سال 1937 ميلادي توسط دوسيك اختراع شد و روي مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط براي مشخص كردن خط وسط مغز بود، اكنون بصورت يك روش تشخيصي و درماني مهم در آمده و پيشرفت روز به روز انواع نسلهاي دستگاههاي توليد اولتراسوند ، تحولات عظيمي در تشخيص و درمان در علم پزشكي بوجود آورده است.

تعريف امواج اولتراسوند (فراصوت)

امواج فراصوت به شكلي از انرژي از امواج مكانيكي گفته مي‌شود كه فركانس آنها بالاتر از حد شنوايي انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بين 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوايي يا فراصوت) يك آشفتگي مكانيكي در يك محيط گاز ، مايع و يا جامد است كه به بيرون از چشمه صوتي و با سرعتي يكنواخت و معين حركت مي‌كند. در حركت يا گسيل موج مكانيكي ، ماده منتقل نمي‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضي است كه بيشتر در جامدات رخ مي‌دهد و در صورتي كه ارتعاش در راستاي انتشار امواج باشد، موج طولي است. انتشار در بافتهاي بدن به صورت امواج طولي است. از اين رو در پزشكي با اينگونه امواج سر و كار داريم.

روشهاي توليد امواج فراصوت

روش پيزو الكتريسيته

تاثير متقابل فشار مكانيكي و نيروي الكتريكي را در يك محيط اثر پيزو الكتريسيته مي‌گويند. بطور مثال بلورهايي وجود دارند كه در اثر فشار مكانيكي ، نيروي الكتريكي توليد مي‌كنند و برعكس ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همين بلور و در همين راستا باعث فشردگي و انبساط آنها مي‌شود كه ادامه دادن به اين فشردگي و انبساط باعث نوسان و توليد امواج مي‌شود. مواد (بلورهاي) داراي اين ويژگي را مواد پيزو الكتريك مي‌گويند. اثر پيزو الكتريسيته فقط در بلورهايي كه داراي تقارن مركزي نيستند، وجود دارد. بلور كوارتز از اين دسته مواد است و اولين ماده‌اي بود كه براي ايجاد امواج فراصوت از آن استفاده مي‌شد كه اكنون هم استفاده مي‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبيعي كه داراي خاصيت پيزو الكتريسيته باشند، فراوان هستند. ولي در كاربرد امواج فراصوت در پزشكي از كريستالهايي استفاده مي‌شود كه سراميكي بوده و بطور مصنوعي تهيه مي‌شوند. از نمونه اين نوع كريستالها ، مخلوطي از زيركونيت و تيتانيت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است كه به شدت داراي خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌باشند. به اين مواد كه واسطه‌اي براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و بالعكس هستند، مبدل يا تراسديوسر (transuscer) مي‌گويند. يك ترانسديوسر اولتراسونيك بكار مي‌رود كه علامت الكتريكي را به انرژي فراصوت تبديل كند كه به داخل بافت بدن نفوذ و انرژي فراصوت انعكاس يافته را به علامت الكتريكي تبديل كند.

روش مگنتو استريكسيون

اين خاصيت در مواد فرومغناطيس (مواد داراي دو قطبي‌هاي مغناطيسي كوچك بطور خود به خود با دو قطبي‌هاي مجاور خود همخط شوند) تحت تاثير ميدان مغناطيسي بوجود مي‌آيد. مواد مزبور در اين ميدانها تغيير طول مي‌دهند و بسته به فركانس (شمارش زنشهاي كامل موج در يك ثانيه) جريان متناوب به نوسان در مي‌آيند و مي‌توانند امواج فراصوت توليد كنند. اين مواد در پزشكي كاربرد ندارند و شدت امواج توليد شده به اين روش كم است و بيشتر كاربرد آزمايشگاهي دارد.

كاربرد امواج فراصوت

1. كاربرد تشخيصي (سونوگرافي)

2. بيماريهاي زنان و زايمان (Gynocology) مانند بررسي قلب جنين ، اندازه ‌گيري قطر سر (سن جنين) ، بررسي جايگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهاي پستان.

3. بيماريهاي مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسي تومور مغزي ، خونريزي مغزي به صورت اكوگرام مغزي يا اكوانسفالوگرافي.

4. بيماريهاي چشم (ophthalmalogy) مانند تشخيص اجسام خارجي در درون چشم ، تومور عصبي ، خونريزي شبكيه ، اندازه ‌گيري قطر چشم ، فاصله عدسي از شبكيه.

5. بيماريهاي كبدي (Hepatic) مانند بررسي كيست و آبسه‌ كبدي.

6. بيماري‌هاي قلبي (cardology) مانند بررسي اكوكار ديوگرافي.

7. دندانپزشكي مانند اندازه‌گيري ضخامت بافت نرم در حفره‌هاي دهاني.

8. اين امواج به علت اينكه مانند تشعشعات يونيزان عمل نمي‌كنند. بنابراين براي زنان و كودكان بي‌خطر مي‌باشند.

9. كاربرد درماني (سونوتراپي)

10. كاربرد گرمايي

با جذب امواج فراصوت بوسيله بدن بخشي از انرژي آن به گرما تبديل مي‌شود. گرماي موضعي حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودي را تسريع مي‌كند. قابليت كشساني كلاژن (پروتئيني ارتجاعي) را افزايش مي‌دهد. كشش در scars (اسكار=جوشگاههاي زخم) افزايش مي‌دهد و باعث بهبود آنها مي‌شود. اگر اسكار به بافتهاي زيرين خود چسبيده باشد، باعث آزاد شدن آنها مي‌شود. گرماي حاصل از امواج فراصوت با گرماي حاصل از گرمايش متفاوت است.

ميكروماساژ مكانيكي

به هنگام فشردگي و انبساط محيط ، امواج طولي فراصوتي روي بافت اثر مي‌گذارند و باعث جابجايي آب ميان بافتي و در نتيجه باعث كاهش ورم (تجمع آب ميان بافتي در اثر ضربه به يك محل) مي‌شوند.

درمان آسيب تازه و ورم :آسيب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسياري از موارد براي از بين بردن مواد دفعي در اثر ضربه و كاهش خطر چسبندگي بافتها بهم بكار مي‌رود.

درمان ورم كهنه يا مزمن :فراصوت چسبندگيهايي كه ميان ساختمانهاي مجاور ممكن است ايجاد شود را مي‌شكند.

خطرات اولتراسوند

سوختگي

اگر امواج پيوسته و در يك مكان بدون چرخش بكار روند، در بافت باعث سوختگي مي‌شود و بايد امواج حركت داده شوند.

پارگي كروموزومي

استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خيلي بالا پارگي در رشته دي ان اي (DNA) را نشان مي‌دهد.

ايجاد حفره يا كاويتاسيون

يكي از عوامل كاهش انرژي امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهاي بدن ايجاد حفره يا كاويتاسيون مي‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌اي حبابهاي گاز غير قابل ديدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهاي امواج اولتراسوند در داخل محلولها مي‌تواند بر روي بافتها تغييرات بيولوژيكي ايجاد كند (پارگي در ديواره سلولها و از هم گسستن مولكولهاي بزرگ).

سي تي اسكن (ct-scan) چيست؟ ريشه لغوي

اين شيوه تصوير برداري در حقيقت به معني تصوير گيري مقطعي و عرضي از اعضاي بدن مي‌باشد. اما داراي اسامي مختلفي است كه از آن جمله مي‌توان به CAT مخفف كلمات Computerized Axial Tomography به معني توموگرافي كامپيوتري محوري مي‌باشد. CTAT مخفف كلمات Computerized trans Axial Tomography به معني توموگرافي كامپيوتري عرضي محوري مي‌باشد. CTR مخفف كلمات computerized trans Recanstration ، CDT مخفف كلمات computerized Digital Tomography به معني توموگرافي ديجيتالي كامپيوتري مي‌باشد. اما نام ترجيحي آن كه در كتابها و كاربردهاي پزشكي بكار مي‌رود كلمه CT اسكن مخفف كلمات computerized tomography scan مي‌باشد كه كلمه scan اسكن به معني تقطيع كردن و واژه توموگرافي از Tomo به معني برش يا قطعه و graphy به معني شكل و ترسيم است، گرفته شده است. در اصل به معني تصويرگيري از برشهاي قطع شده از يك عضو به صورت كامپيوتري مي‌باشد.

اگر با يك درخواست سي‌تي اسكن ، به بخش سي‌تي اسكن يك بيمارستان مراجعه كرده باشيد، شايد براي شما اين سوال پيش آمده باشد كه فرو رفتن در يك دستگاه تونل مانند و بي حركت ماندن براي مدتي در داخل آن شما را دچار دلهره مي‌كند يا نه. آيا با توجه به اخبارهاي راديو و تلويزيون راجع به خطرات اشعه ايكس خطري شما را تهديد مي‌كند يا نه؟ يا اينكه چگونه يك كارشناس راديولوژي بعد از قرار دادن شما در داخل دستگاه خود به اتاق ديگري رفته و از پشت يك شيشه بزرگ و يك كامپيوتر چه كاري انجام مي‌دهد و با بلندگو با شما صحبت مي‌كند؟

تاريخچه

در سال 1917 ميلادي يك رياضيدان اتريشي به نام رادون (J.Radon) ثابت كرد كه يك شيئي دو يا سه بعدي را مي‌توان با گرفتن بي‌نهايت عكس از آن در جهات مختلف به تصوير كشيد كه پايه‌اي براي سي‌تي اسكن محسوب مي‌شد. در سال 1956 دانشمندي به نام بارسول (Barcewell) نقشه خورشيدي از تصاوير شعاع‌ها درست كرد. در سال 1961 الدندرف (oldendorf) و در سال 1963 آلن كورمارك (Allencormarck) انديشه‌هايي از سي‌تي اسكن را فهميده و مدلهايي در حد آزمايشگاهي ساخته‌اند. در سال 1968 كول (kuhl) و ادواردز (Edwords) يك دستگاه اسكن مكانيكي براي تصويري از هسته ساخته‌اند كه موفق بودند. اما نتوانستند كار خود را در حد راديولوژي تشخيصي ، توسعه دهند. تا اينكه در سال 72-1970 اصول رياضي گفته ‌شده توسط رياضيدان انگليسي (God feryhaunsfield) بكار گرفته شد و توانست يك دستگاه سي‌تي اسكن را بسازد و جهت مصرف باليني معرفي كند. در سال 1979 جايزه نوبل بطور مشترك به پروفسور آلن كورمارك و گاد فري هانسفيلد تعلق گرفت.

سير تحولي و رشد

مانند تمام رشته‌هاي تصوير گيري پزشكي (راديولوژي) دستگاه‌هاي سي‌تي اسكن بطور مداوم تغيير كرده و بوسيله كارخانه‌ها و سازندگان مختلف پيش رفته است. دستگاه اوليه كه بوسيله هانسفيلد و توسط شركت EMI ساخته شده بود، فقط براي ارزيابي مغز طراحي شده بود، كه دستگاه نسل اول يا EMI نام داشت. مدت‌ زمان كوتاهي نگذشت كه نسل دوم دستگاه‌هاي سي‌تي اسكن با امكانات بيشتر به بازار آمد و نسل سوم اين دستگاه‌ها با امكاناتي از جمله كم شدن زمان تصوير گيري معرفي شد. هم ‌اكنون نسل چهارم با سرعت خيلي بالا و امكانات بهينه و نتايج عالي موجود مي‌باشد.

ساختمان يك دستگاه سي‌تي اسكن

يك دستگاه اسكن توموگرافي كامپيوتري از يك ميز براي قرار گرفتن بدن بيمار ، يك گانتري كه سر بيمار در آن قرار مي‌گيرد، يك منبع توليد اشعه ايكس ، سيستمي براي آشكار كردن تشعشع خارج ‌شده از بدن ، يك ژنراتور اشعه ايكس ، يك كامپيوتر براي بازسازي تصوير و كنسول عملياتي كه تكنولوژيست راديولوژي بر آن قرار مي‌گيرد، تشكيل شده است.

اصول كار دستگاه سي‌تي اسكن

پس از اينكه بدن بيمار بر روي ميز و سر آن در گانتري قرار گرفت و شرايط دستگاه بر حسب ناحيه مورد تصوير برداري تنظيم شد، يك دسته پرتو ايكس توسط كوليماتور (محدودكننده دسته اشعه) به صورت يك باريكه در آمده و از بدن بيمار رد مي‌شود (پالس مي‌شود). مقداري از انرژي اشعه هنگام عبور از بدن جذب و باقيمانده اشعه با عنوان پرتو خروجي كه از بدن بيمار عبور مي‌كند توسط آشكار سازي كه مقابل دسته پرتو ايكس قرار دارد، اندازه ‌گيري شده و بعد از تبديل به زبان كامپيوتري در حافظه كامپيوتر ذخيره مي‌شود. بلافاصله پس از اينكه اولين پالس اشعه بطرف بيمار فرستاده و اندازه‌گيري شد و لامپ اشعه ايكس يك حركت چرخشي بسيار كم انجام داد، دسته پرتو ايكس دوباره پالس شده ، مجددا اندازه‌گيري مي‌شود و در حافظه كامپيوتر ذخيره مي‌گردد.

اين مرحله چند صد يا چند هزار بار بسته به نوع دستگاه تكرار مي‌شود تا تمام اطلاعات مربوط به عضو مورد نظر در حافظه كامپيوتر ذخيره شود. كامپيوتر ميزان اشعه‌اي را كه هر حجم معيني از بافت جذب مي‌كند، اندازه ‌گيري مي‌كند. اين حجم بافتي را واكسل (Voxel) مي‌نامند كه مشابه چند ميليمتر مكعب از بافت بدن مي‌باشد. در سي ‌تي ‌اسكن يك لايه مقطعي از بدن به اين واكسلهاي ريز تقسيم مي‌شود، كه با توجه به مقدار جذب اشعه‌اي كه توسط هر كدام از اين واكسلها صورت مي‌گيرد، يك شماره نسبت داده مي‌شود. اين شماره‌ها نيز بر روي تصوير كه بر صفحه تلويزيون مانند كامپيوتر مي‌افتد، يك چگالي با معيار خاكستري (از سفيد تاسياه) اختصاص داده مي‌‌شود.

نمايش هر كدام از واكسلها را بر روي مونيتور يك پيكسل (Pixl) مي‌گويند. يعني واكسلها حجم سه بعدي و پيكسلها دو بعدي مي‌باشند و هر چه تعداد پيكسلها بر روي مونيتور بيشتر باشد تصوير واضح‌تر و قابل تفكيك‌تر است. اعدادي كه با توجه به مقدار جذب اشعه به هر بافت اختصاص داده مي‌شود، را اعداد سي ‌تي يا اعداد هانسفيلد مي‌نامند. بطور مثال بافت چربي كمتر از بافت عضلاني و بافت عضلاني كمتر از بافت استخواني اشعه را جذب مي‌كند. بنابراين بطور مثال استخوان 400+ ، آب صفر و چربي 50 و هوا 500 مي‌باشد كه هر چه مقدار اين اعداد كمتر باشد، بر روي فيلم سي‌تي اسكن آن قسمت طبق معيار خاكستري بيشتر به سمت سياهي تمايل دارد و برعكس هرچه عدد سي‌ تي مثل استخوان بالا باشد تصوير به سمت سفيدي تمايل دارد. گاهي براي مشخص ‌تر شدن اعضايي كه داراي چگالي شبيه به هم هستند از مواد كنتراست‌ زا استفاده مي‌شود كه تفاوت را به خوبي مشخص كند.

كاربرد

تشخيص بيماريهاي مغز و اعصاب

چون سي ‌تي اسكن مي‌تواند تفاوت بين خون تازه و كهنه را به تصوير بكشد، به همين دليل براي نشان دادن موارد اورژانس بيماريهاي مغزي بهترين كاربرد را دارد.

بيمارهاي مادر زادي مانند بزرگي يا كوچكي جمجمه .

تشخيص تومورهاي داخل جمجمه‌اي و خارج مغزي .

خونريزي در قسمت‌هاي مختلف مغز و سكته‌هاي مغزي .

تشخيص بيماري اعضاي داخل شكمي مانند كبد ، لوزالمعده ، غدد فوق كليوي.

بررسي بيماريهاي ريه.

کاربرد فیزیک در پزشکی

مطالب مشابه :

کاربرد فیزیک در علم پزشکی

کاربرد فیزیک در پزشکی

کاربرد لیزر در پزشکی

مجموعه مقالات فیزیک پزشکی , لیزر در پزشکی , کاربرد فیزیک پزشکی در تصویر برداری

بر سر دوراهی: مهندسی هسته ای - کاربرد پرتوها یا فیزیک پزشکی؟

کاربرد علم فیزیک در پزشکی

فیزیک پزشکی چیست؟