الموجات الصوتية

بسم الله الرحمن الرحيم
وزارة التعليم العالي والبحث العلمي
جامعة دنقــلا
كلية الطب والعلوم الصحية
الدفعـة الرابعـة عشـر

بحث بعنوان :

[b]مقدار الاضمحلال في شدة الموجة الصوتية للكبد

إعـداد : مجموعة من طلاب الدفعـ(14)ـة ,
إشـراف : أ. مهنــــا فــــــاروق ,

مقدمة :-

الحمد لله رب العالمين , الرحمن الرحيم , مالك يوم الدين , والصلاة والسلام على عبده ورسوله النبي الأمين .
بسم الله وبالله , بسم الله خير الأسماء , بسم الله رب الأرض والسماء , بسم الله الذي لا يضر مع إسمه شئ في الأرض ولا في السمــاء أذى , بســـم الله إفتتحتُ وبالله ختمتُ وبه آمنت .
بعون الله وتوفيقه نكتب لكم هذا البحث المشترك لفرقـة من طلاب الدفعة الرابعة عشر , بعنوان : " مقدار الاضمحلال في شدة الموجة الصوتية للكبد " راجين الله عز وجل أن يوفقنا وهدينا إلى إيراد العلم النافع , والوصف الكامل لهذه الظاهرة الفيزيائية وما يستفاد منها في مجال التشخيص الطبي .

أعضـاء المجموعة المشتركة في إخراج البحث : ,

· البــراء زهيــر محمد عبد القــادر ,,, حســــن حافـــظ أحمــد حســــن

· رفيـــدة منصور محجوب منصور ,,, الخنســـاء حســــن عبـد الرحيم

· أحمد فتح الرحمن محمد عبد الغفار

مقدمـة :ـ

نسمع كثيراً عن استخدام الأمواج فوق الصوتية في تصوير الجنين في رحم الأم وهو في مراحل تكوينه وفي أحيان أخرى نسمع عن استخدام الأمواج فوق الصوتية في تفتيت الحصى دون إجراء العمليات الجراحية كما تستخدم الأمواج فوق الصوتية في قياس سرعة تدفق الدم في الأوردة للاطمئنان على سلامة القلب . وتعد استخدامات الأمواج فوق الصوتية في مجال الطب من الأساسيات التقنية للتشخيص دون إجراء العمليات الجراحية. وفي هذه المقالة العلمية سنحاول إلقاء الضوء على الأمواج الفوق صوتية وكيف تعمل الأجهزة الطبية المستخدمة في التشخيص المعتمدة على الأمواج فوق الصوتية.

· ما هو التشخيص بالأمواج فوق الصوتية ؟ :ـ

هي تكنولوجيا تستخدم الأمواج فوق الصوتية في التصوير الطبي وتستخدم أمواج صوتية ذات ترددات اكبر من 20 كيلو هرتز أي اكبر من الترددات التي تسمعها أذن الإنسان . وتعتمد فكرة عمل تلك الأجهزة الطبية على الأمواج فوق الصوتية التي تسقط على الجسم وتنعكس منه مثل ما يقوم به الخفاش الذي يطير في الليل مستعينا بالأمواج الفوق صوتية التي يحدثها لتسقط على الأجسام أمامه وتنعكس عنها ويسمعها فيحدد مساره دون الحاجة إلى حاسة الإبصار ليستدل بها على الطريق ولذلك يستطيع الطيران في الليل. كما تستخدم الحيتان في البحر الأمواج فوق الصوتية وتستخدمها الغواصات البحرية كجهاز رادار يعمل في أعماق المحيطات ليكشف الغواصات المعادية.

· نبذة تاريخية لتطور أجهزة الأمواج فوق الصوتية :ـ

بدأت أول الأبحاث في الموجات الصوتية منذ عام 1822 عندما سعى عالم الفيزياء (دانيل كولادين) السويسري الأصل لحساب سرعة الصوت عن طريق جرسه المائي في مياه بحيرة (جنيفا). والتي أدت لوضع ( نظرية الصوت ) في عام 1877 بجهود العالم ( لورد ريليه ) والتي شرحت الأساسيات الفيزيائية لموجات الصوت وانتقاله وارتداده. وتوالت الأبحاث تباعاً حتى كان تصميم أول نظام رادار صوتي والمعروف باسم (Sonar) في الولايات المتحدة عام 1914 لأغراض الملاحة البحرية ولتحديد أماكن المارينز الألماني في الحرب العالمية الأولى. ولم توظف الموجات فوق الصوتية لخدمة الأغراض الطبية حتى بداية الأربعينات على يد دكتور الأعصاب النمساوي (كارل ثيودو) والذي يعتبر أول طبيب استخدم الموجات فوق الصوتية في التشخيص الطبي وقد واجه في ذلك صعوبات بسبب امتصاص عظام الجمجمة لمعظم طاقة الموجات فوق الصوتية.

وبعد حصيلة جهود مكثفة للفيزيائيين والمهندسين الميكانيكيين والكهربائيين والبيولوجيين بالتعاون مع الأطباء ومبرمجي الكمبيوتر والباحثين ودعم الحكومات ابتدأ التشخيص بالموجات فوق الصوتية ليأخذ محله في عيادات الأعصاب والقلب والعيون ولتتطور الموجات منA-Mode محدودة الاستخدام إلى B-Mode والتي سعى العالم (دوغلاس هوري) كفني أشعة لاستغلالها في التشخيص لقدرتها على اختراق الأنسجة بهدف الدراسة التشريحية لأعضاء الجسم في جامعة (كولورادو) في دنغر بالتعاون مع زميله أخصائي الكلى (جوزيف هوملس) والذي بدوره تبنى الأبحاث الطبية على هذا الصعيد وقام بتوجيهها وبتعاون العلماء والمهندسين (بيلز و بوساكوني) كان أول جهاز (Ultra-Sound) ثنائي الأبعاد يعمل بنظام B-Mode عام 1951. وتوالت الأجهزة التي تعمل في هذا النظام الا أنها جميعا كانت كبيرة الحجم وعلى المريض أن ينغمس كليا أو جزئيا في الماء في وضعية السكون لفترة زمنية طويلة الأمر الذي جعله غير عملي ويستحيل وجوده في عيادات الاختصاص.

وفي أواخر عام 1955 بدأ العالم بتطوير هذه الأجهزة لتصبح أكثر حساسية وأقل حجما وأكثر سهولة في طريقة الفحص حتى توصلوا للذراع المعدني المتحرك والذي يوضع على المكان المخصص للفحص.

ومع الثمانينات حدثت ثورة حقيقية في عالم الموجات فوق الصوتية وهي ما يسمى ( Real time scanner ) أي التصوير الحي ( ثنائي الأبعادB-Mode ) والذي عن طريقه تم التعرف على حياة الجنين الفعلية, وحركاته, وتصرفاته, ونبضات القلب, والتنفس في رحم الأم. وكان أول جهاز فعال في هذا المجال عام 1985 في ألمانيا , وكانت الثمانينات هي ميدان التنافس للشركات المصنعة لأجهزة (Ultra-Sound) لتقديم أدق الصور وأوضحها. وهكذا اتضحت معالم علم جديد في تخصص النسائية والتوليد ( تشخيص وسلامة الجنين) .

وبعد هذه المراحل العريقة في تاريخ الموجات فوق الصوتية وبعد ثورات العلم المتأججة على كل صعيد ومتطلبات العصر المتجددة غدت أجهزة (Ultra-Sound) الثنائية الأبعاد غير مرضية- بالرغم من كل النجاح الذي حققته- وتوجه العلماء نحو البعد الثالث للحصول على صور حية مجسمة لما يحدث في جسم الإنسان. وفي اليابان في جامعة طوكيو كان أول تقرير حول نظام الأبعاد الثلاثية ( الطول, العرض, العمق أو الارتفاع ) عام 1984 وأول محاولة ناجحة في الحصول على صورة جنين ثلاثية الأبعاد من صورة ثنائية الأبعاد عن طريق الكمبيوتر كانت عام 1986.

وبعد تطوير أجهزة (Ultra-Sound) مستقلة ثلاثية الأبعاد كانت المشكلة في الفترة الزمنية التي يستغرقها التقاط كل مقطع حيث تتجاوز العشر دقائق وهو ما يستحيل معه العمل سواء للطبيب المعالج أو المريض وبالتالي يستحيل معه التسويق. ومع الجهود المكثفة والتطوير المستمر كان أول جهاز (Ultra-Sound) ثلاثي الأبعاد يأخذ محلا تجاريا في الأسواق في عام 1989 في النمسا واستمر العالم وخصوصا في اليابان, والنمسا, وبريطانيا, وكندا وحتى الصين في دفع عجلة التطور هذه حتى بدأت الأبحاث حول رباعي الأبعاد في لندن عام 1996 عندما بزغت فكرة التصوير ثلاثي الأبعاد الحي وليكون للبعد الرابع وهو البعد الزمني, دوره في إعطاء صورة حقيقية حيّة بأسلوب عملي, وما كان ذلك ليكون لولا التطورات الهائلة في علم الكمبيوتر والسرعة الهائلة في إجراء العمليات الحاسوبية, ومن هنا كانت قصة البداية.

· جهاز (Ultra-Sound) ثلاثي الأبعاد :ـ

يأخذ محلاً تجارياً في الأسواق في عام 1989في النمسا واستمر العالم وخصوصا في اليابان والنمسا وبريطانيا وكندا وحتى الصين في دفع عجلة التطور هذه حتى بدأت الأبحاث حول رباعي الأبعاد في لندن عام 1996 عندما بزغت فكرة التصوير ثلاثي الأبعاد الحي وليكون للبعد الرابع وهو البعد الزمني دوره في إعطاء صورة حقيقية حيّة بأسلوب عملي , وما كان ذلك ليكون لولا التطورات الهائلة في علم الكمبيوتر والسرعة الهائلة في إجراء العمليات الحاسوبية , ومن هنا كانت قصة البداية.

· تعتمد فكرة استخدام الأمواج فوق الصوتية على الأحداث التالية :

ـ يرسل جهاز (Ultra-Sound) أمواج صوتية بترددات عالية تتراوح بين ( 1ـ 5) ميجا هيرتز على صورة نبضات توجه إلى جسم الإنسان من خلال مجس خاص .

ـ تخترق الأمواج فوق الصوتية جسم الإنسان لتصطدم بالفواصل والحدود الموجودة بين مكونات الجسم المختلفة مثل السوائل الموجودة بين طبقات الجلد الحد بين طبقة الجلد والعظم .

ـ جزء من الأمواج فوق الصوتية ينعكس عن الحدود الفاصلة بين مكونات جسم الإنسان وتعود إلى المجس بينما تستمر باقي الأمواج فوق الصوتية لتخترق طبقات أعمق في جسم الإنسان لتصل إلى حدود فاصلة أخرى وتنعكس عنها وترتد إلى المجس .

ـ يلتقط المجس الأمواج فوق الصوتية المنعكسة تباعاً عن طبقات جسم الإنسان التي اخترقها ويغذي بها جهاز الأمواج فوق الصوتية .

ـ يقوم جهاز الأمواج فوق الصوتية بحساب المسافة بين المجس وطبقة الجلد أو العضو الذي انعكست عنه الأمواج الفوق صوتية مستخدماً سرعة تلك الأمواج في جسم الإنسان والتي تبلغ 1540m/s ومستخدماً الزمن اللازم لعودة الموجات فوق الصوتية للمجس والتي تكون في حدود الميكرو ثانية .

ـ يظهر جهاز الأمواج فوق الصوتية العلاقة بين المسافة وشدة الإشارة المنعكسة من جسم الإنسان لتكون توزيع ثنائي الأبعاد للمسافة والشدة والتي تعبر عن الصورة التي نشاهدها على جهاز الأمواج فوق الصوتية .

ـ في أي جلسة للتصوير باستخدام جهاز الأمواج فوق الصوتية فإن ملايين النبضات الصوتية ترسل للجسم وتستقبل مرة أخرى لتحلل وتحسب المسافة القادمة منها تلك الأمواج لتعطي الصورة التي نراها ، كما أن تحريك المجس من مكان لأخر يمكن أن يعطي صور من منظور مختلف.

مكونات جهاز الأمواج فوق الصوتية :ـ

تتكون أجهزة الأمواج فوق الصوتية من الأجزاء الرئيسية التالية :

1) المجس.

2) وحدة التحكم المركزية.

3) وحدة التحكم بالنبضات.

4) شاشة العرض.

5) لوحة المفاتيح والماوس .

6) وحدة تخزين.

7) طابعة.

1) المجس :ـ

هو مصدر الأمواج فوق الصوتية , وهو قابل للحركة ويضع ملامساً للجسم فوق المنطقة المراد تشخيصها .

2) وحدة التحكم المركزي: Central Processing Unit :ـ

وتمثل هذه الوحدة عقل الجهاز وهو عبارة عن جهاز كمبيوتر متصل بالمجس ويزوده بالطاقة الكهربية. وتقوم وحدة التحكم المركزية بإرسال التيار الكهربي للمجس ليصدر الأمواج الفوق صوتية وكذلك يستقبل النبضات الكهربية الناتجة من المجس عند استقبالها للأمواج فوق الصوتية المرتدة عن أجزاء الجسم المراد تصويره. وتقوم وحدة المعالجة المركزية بكافة الحسابات التي تمكن من رسم العلاقة بين المسافة وشدة الأشعة المرتدة لتكوين الصورة على الشاشة.

3) وحدة التحكم بالنبضات Transducer Pulse Controls :ـ

وهي توفر الإمكانية للطبيب الذي يشغل الجهاز أو الفني المختص بإدخال قيمة التردد وزمن النبضات الصوتية الصادرة من المجس والتي يجب تحديدها مسبقا حسب العضو المراد تصويره. وكذلك تقوم هذه الوحدة بالتحكم بآلية المسح المستخدمة بواسطة الجهاز لإظهار الصورة.

4) الشاشة Display :ـ

وهي عبارة عن شاشة عرض عادية كالمستخدمة في الكمبيوتر والتي تظهر نتيجة الحسابات التي قامت بها وحدة المعالجة المركزية ويمكن ان تكون شاشة ابيض واسود او شاشة ملونة حسب نوع ومواصفات جهاز الأمواج فوق الصوتية.

5) لوحة المفاتيح والماوس Keyboard/Cursor :ـ

وهي الأدوات التي يستخدمها الطبيب أو الفني المختص لتشغيل برنامج الجهاز وأجراء عمليات حفظ الصورة على ملف وعمل بعض القياسات لحساب الأبعاد مستعينا بالصورة الظاهرة على الشاشة.

6) وحدة التخزين Disk Storage :ـ

وحدة التخزين تستخدم لحفظ الصور التي ظهرت على الشاشة ووسائط التخزين هي نفسها المستخدمة في الكمبيوتر وتشمل الأقراص الصلبة hard disks أو الأقراص المرنة floppy disks أو الأقراص المدمجة CD أو DVD. وتستخدم لعمل أرشيف طبي يحفظ لتتبع حالة المريض في مرات أخرى.

7) الطابعة Printers :ـ

وفي الأغلب طابعات كمبيوتر ولكن من النوع الحراري المعروف باسم الطابعات الحراري .

كان لأجهزة (Ultra-Sound) مجالات واسعة للتشخيص وطرقت أكثر من باب ولكنا سوف نتعرض لها فقط بتوضيح الظاهرة الفيزيائية التي يعمل بها هذا الجهاز , وهي ظاهرة اضمحلال الموجات .

· معامل الاضمحلال في الأوساط المختلفة من جسم الإنسان :ـ

كما أن لسرعة الصوت تبايناً في مقدارها بين وسط وآخر أيضاً يتباين معامل الاضمحلال وفقاً لتباين الوسط الذي تسقط عليه الأمواج فوق الصوتية من جهاز (Ultra-Sound) , وهذا يعني أننا عندما نود أن نوجد مقدار الاضمحلال لأمواج صوتية سقط أو مرت عبر جسم ما , فلا بد من معرفة معامل الاضمحلال لذلك الجسم وفيما يلي جدول يوضح سرعة الصوت والممانعة الصوتية ومعامل الاضمحلال لبعض الأجزاء من جسم الإنسان :ـ

الوسـط الذي تسقط عليه الأمواج	سرعـة الصـوت msec	الممانعة الصوتية	معامل الاضمحلال عند (dbcm) 1MHz
الدهــون	1450	1.38	0.63
القلـــب	1871 9	1.64	2.0 0.4
الكبـــد	1609 14	1.63 – 1.75	1.2
العضلات	1581 19	1.6	1.4
الأنسجة اللينة	1540	1.63	1.0

· مقدار الاضمحلال في شدة الموجة الصوتية للكبد :ـ

اضمحلال الموجة يعني ضعفها وتوهينها وذلك نتيجة لتعرضها إلى الأجسام التي تعترض طريقها .

· مخاطر استخدام الأمواج الصوتية :

تعريض أجزاء من جسم الإنسان للطاقة الصوتية الناتجة عن الأمواج فوق الصوتية والتي تمتص بسهولة في الماء الموجود في الأنسجة الحية مما يسبب ارتفاع موضعي في درجة الحرارة للمناطق المعرضة للأمواج فوق الصوتية .

تتسبب الموجات تحت الصوتية بظهور الأعراض التالية على الإنسان :

(1) صداع وألم بالرأس :

تسببه الموجات الصوتية التي ترددها (13-20 Hz) .

(2) ألم بالفـك :

تسببه الموجات الصوتية التي ترددها (6-8 Hz) .

(3) ألم عند التنفس :

تسبب الموجات الصوتية التي ترددها (1-3 Hz) ألماً بالصدر عند التنفس .

(4) ألم بالصـدر :

تسببه الموجات الصوتية التي ترددها (2-7 Hz) .

(5) ألم بالفقرات :

تسببه الموجات الصوتية التي ترددها (8-12 Hz) .

(6) الشعور بالحاجـة للتبــرز والتبول : تسببهما الموجات الصوتية التي ترددها (10.5-16 Hz) و (10-18 Hz)على الترتيب .

[/b]

وترقبوا المزيد من البحوث .

» مقدار الاضمحلال في شدة الموجة الصوتية .