الرئيسية » كيف تعمل الأشياء » أجهزة طبية » Fluoroscopy كيف يعمل التصوير الفلوروسكوبي

Fluoroscopy كيف يعمل التصوير الفلوروسكوبي

كيف يعمل التصوير الفلوروسكوبي

Fluoroscopy

يعتمد الطبيب في عمله بشكل اساسي على الأجهزة المستخدمة في عمليات التشخيص مثل التصوير بالامواج فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير باشعة اكس وغيرها من التقنيات. تعتمد فكرة عمل اجهزة التشخيص على مبادئ الفيزياء المختلفة. نلاحظ ان اسم التقنية اعتمد على الظاهرة الفيزيائية التي يعتمد عليها جهاز التشخيص في عمله وفد سبق وان تم شرح واستعرض العديد من الاجهزة الطبية وفكرة عملها وفي هذا الموضوع سوف نلقى الضوء على تقنية التصوير الفلورورسكوبي أحد تقنيات التصوير بأشعة اكس. مع التركيز على شرح أجزاء الجهاز وفكرة عملها ومراحل تطور تقنية التصوير الفلوروسوبي.

الوظيفة الأساسية للتصوير الفلوروسكوبي fluoroscopy هو الحصول على صورة مرئية ديناميكية متحركة لما يحدث في داخل جسم الانسان على خلاف التصوير الثابت الذي يتم بالتصوير المعتاد radiography. حيث ان الدراسات الديناميكية هي فحوصات تظهر حركة الأعضاء الداخلية في جسم الانسان مثل حركة القلب وعملية التنفس.

اثناء فحص الفلوروسكوبي يقوم طبيب الاشعة باستخدام مادة صبغية لتعزيز تباين العضو المراد تصويره. ومن ثم يقوم طبيب الاشعة بمراقبة صور مرئية مستمرة للاعضاء الداخلية في جسم الانسان تنتج عن تعرض المريض لاشعة اكس. إذا لاحظ طبيب الاشعة شيء غريب اثناء فحص الفلوروسكوبي فانه يمكنه ان يلتقط صورة حتى يتسنى فحص الامر بدقة بعد انتهاء الفحص.

ادخل في حديثا تقنية الكمبيوتر على تقنية التصوير الفلوروسكوبي وهذا أدى الى تعزيز هذه التقنية والحصول على صور واضحة لم يمكن الحصول عليها من قبل وفي هذا المقال سوف نستعرض شرحا مبسطا لتقنية الفلوروسكوبي وكيف تتم مع التركيز على الأجهزة وكيفية عملها ودور الفيزياء في هذا الجانب الهام من التشخيص الطبي من خلال الفلوروسكوبي.

منذ ان اخترع طومسون اديسون الفلوروسكوبي في العام 1896 احتفظت هذه التقنية باهميتها كاداة تشخيص هامة في مجال التصوير الاشعاعي. وفي الواقع فان تصوير الفلوروسكوبي ما هو الا تصوير تقليدي باستخدام اشعة اكس الا ان استخدامه يركز على تصوير الاوعية الدموية وهذا النوع من التصوير يعرف باسم الـ angiography أي تصوير الاوعية الدموية، وتنقسم هذه التقنية إلى قسمين هما التصوير الاشعاعي العصبي neuroradiology والتصوير الاشعاعي للاوعية الدموية vascular radiology

 

يوضح الشكل 1 مخطط لكامل نظام تصوير الفلوروسكوبي. يكون جهاز اشعة اكس في اغلب الأنظمة مثبتا ومخفيا أسفل سرير المريض. يتم تثبيت جهاز تكثيف الصورة او ما يعرف باسم image intensifier وأجهزة الرصد المختلفة الأخرى فوق سرير المريض. تظهر الصورة على شاشة التلفزيون. يتم تشغيل جهاز اشعة اكس خلال التصوير الفلوروسكوبي عند تيار اقل من 5mA وهي قيمة صغير بالمقارنة مع القيمة المستخدمة في الحصول على صور اشعة اكس والتي تصل لبضعة مئات من ملي امبير، وبالرغم من ان قيمة التيار المستخدمة قليلة نسبيا الا ان الجرعة الاشعاعية التي يتعرض لها المريض تكون كبيرة خلال فحص الفلوروسكوبي لان المريض يتعرض بصورة مستمرة لاشعة اكس لفترة طويلة نسبيا من الزمن. اما بالنسبة لقيمة kVp المستخدمة اثناء الفحص فهي تعتمد على الجزء المراد تصويره من الجسم. يمكن لطبيب الاشعة التحكم في مستوى اضاءة الصورة من خلال التحكم في كلا من kVp أو mA او كلاهما.

 

شكل 1 يوضح مخطط تفصيلي لنظام التصوير الفلوروسكوبي

 

المتطلبات الأساسية للتصوير الفلوروسكوبي

الفلوروسكوبي هي عملية ديناميكية ولذلك فان على طبيب الاشعة ان يتكيف مع الصور المتحركة والتي تظهر في بعض الأحيان معتمة. وهذا يتطلب معرفة بشدة اضاءة الصور وعلم الابصار والرؤية.

شدة الإضاءة illumination

إضاف استخدام جهاز تكبير شدة اضاءة الصورة image-intensifier مزايا عديدة على أنواع الفلوروسكوبي التقليدية حيث عمل هذا الجهاز على زيادة شدة اضاءة الصور الناتجة. وكما هو الامر صعبا عندما تحاول قراءة كتابا بالاعتماد على ضوء خافت فانه من الصعب فهم وتفسير صور الفلوروسكوبي الباهتة.

تقاس مستويات شدة الإضاءة بوحدة اللومين لكل متر مربع ويرمز لها بـ lux. وتجدر الإشارة هنا الى ان العين تستطيع ان ترى على مدى واسع من مستويات الإضاءة. ويوضح الشكل 2 مستويات الإضاءة لبعض الاجسام المعروفة حتى نستطيع تخيل وحدة lux.

الشكل 2 مستويات شدة الإضاءة لبعض الاجسام المعروفة

 

وكما نعلم ان المجسات البصرية في العين تعتمد على نوعين من المجسات هما العصي للرؤية الليلية scotopicpic vision والمخاريط للرؤية النهارية photopic vision وبالتالي فانه حسب ما هو موضح في الشكل 2 ان العين تعتمد على مجسات العصي في حالات مستويات الإضاءة الأقل من 100 lux وهذا النطاق الذي تكونت فيه الصور التي حصل عليها طبيب الاشعة من الفلوروسكوبي التقليدي ولكن بعد ادخال جهاز تكبير شدة الإضاءة image-intensifier أصبحت الصور التي نحصل عليها من جهاز الفلوروسكوبي في مستويات تسمح برؤيتها بالعين معتمدة على المخاريط لان شدة الإضاءة أصبحت اعلى من 100 lux وهي منطقة الرؤية النهارية.

شرح تركيب العين والفرق بين المخاريط والعصي.

الشبكية غشاء معقد جداً في تركيبه ويحتوي على 10 طبقات من الأنسجة المؤلفة من أكثر من مليون خلية عصبية وما يقارب الـ 150 مليون خلية مستقبلة للضوء والتي تعرف باسم العصي والمخاريط Rods and Cones وذلك نظراً لشكلها الذي يشبه العصي والمخاريط.
 

تعتمد الرؤية الواضحة في النهار على المخاريط Cones فقط حيث ان كل خلية مخروطية تتصل بعصب بصري خاص وتعمل هذه المخاريط في الضوء، اما في حالات الانارة الباهتة او في العتمة فإن الرؤية تعتمد على العصي Rods فقط وحيث ان كل مجموعة من العصي متصلة مع عصب بصري واحد فإن الرؤية لا تكون واضحة ولا تكون الالوان زاهية كما هي في النهار. وهذا السبب في ان مشهد حديقة تبدو في ضوء النهار جميلة وزاهية الالوان وفي الانارة الباهتة تكون موحشة.

 

تقنية الفلوروسكوبي

اثناء فحص الفلوروسكوبي يفضل الحصول على ادق التفاصيل وهذا يتطلب مستويات شدة اضاءة عالية، ولهذا السبب ادخل جهاز زيادة شدة اضاءة الصورة image-intensifier لاستبدال شاشات الفلوريسنت المستخدمة في الفلوروسكوبي التقليدي والي كان على طبيب الاشعة ان يفحص الصور في غرف معتمة بعد ان يتكيف على الرؤية الليلية لمدة 15 دقيقة بالجلوس في غرفة معتمة او بارتداء نظارات خاصة. مع استخدام جهاز زيادة شدة اضاءة الصورة ازدادت الإضاءة لتنتقل إلى منطقة الرؤية النهارية.

 

زيادة شدة اضاءة الصورة باستخدام image-intensifier

تعتبر انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة جهاز الكتروني معقد يستقبل الصور المتكونة من اشعة اكس ويحولها إلى صورة بالضوء المرئي مع زيادة شدة اضاءتها.

يتكون جهاز زيادة شدة اضاءة الصورة من انبوبة زجاجية مفرغة من الهواء كما هو موضح في الشكل 3 وتوضع الانبوبة في علبة معدنية لحمايتها من الكسر.

الشكل 3 تقوم انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة بتحويل اشعة اكس التي تحمل تفاصيل الصورة إلى اشعة مرئية.

 

عندما تنفذ اشعة اكس من جسم المريض فإنها تسقط على انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة وبالتحديد على شريحة ادخال فسفورية input phosphor وهي طبقة من ايوديد السيزيوم CsI. تمتص طبقة ايوديد السيزيوم فوتونات اشعة اكس ومن ثم تبعثها من الجهة المقابلة (داخل الانبوبة) إلى فوتونات ضوء مرئي. .

يلي طبقة ايوديد السيزيوم طبقة الفوتوكاثود photocathode وهي طبقة معدنية رقيقة تحتوي على مركبي السيزيوم والانتيموني والتي تقوم بامتصاص الضوء المرئي الناتج عن طبقة فوسفور الادخال إلى الكترونات. تتناسب عدد الالكترونات الناتجة عن الفوتوكاثود مع شدة اشعة اكس النافذة من جسم المريض.

يبلغ طول انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة ما يقارب 50cm ويستخدم فرق جهد على يصل إلى 25,000 V مطبق بين الفوتوكاثود والانود وهذا يجعل الالكترونات الناتجة من الفوتوكاثود تتسارع في اتجاه الانود.

الانود عبارة عن قرص دائري به فتحة في وسطه تمر عبرها الالكترونات حتى تصل إلى طبقة الفوسفور الخارجية output phosphor، وتصنع هذه الطبقة من كبريتيد الزنك والكادميوم وهنا عندما تصطدم الالكترونات المعجلة في هذه الطبقة ينتج عنها ضوء مرئي.

الشكل 4 كل شعاع اكس يتفاعل مع فوسفور الادخال ينتج في النهاية فوتونات ضوئية عند فوسفور الإخراج.

 

تجدر الإشارة الى استخدام عدسات كهروستاتيكية لتركيز الالكترونات المسرعة، وهذه العدسات الكهروستاتيكية مثبتة على امتداد انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة. هذه الالكترونات المسرعة والمتجمعة بواسطة العدسات تحمل تفاصيل الصورة المتكونة على فوسفور الادخال وعندما تصطدم بفوسفور الإخراج فانها تعطي فوتونات ضوئية، وكل الكترون يصل إلى فوسفور الإخراج ينتج ما يقارب 50 إلى 75 فوتون ضوئي. في الشكل 4 مخطط يوضح مراحل تفاعل اشعة اكس مع انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة. نسبة عدد الفوتونات الضوئية الناتجة عند فوسفور الإخراج إلى عدد فوتونات اشعة اكس عند فوسفور الادخال يعرف باسم فيض الحصيلة flux gain.

 

الشكل 5 المراقبة التلفزيونية للفلوروسكوبي

 

لعرض الصور الديناميكية للفلوروسكوبي على شاشة تلفزيونية يم استخدام كاميرا تثبت عند طبقة فوسفور الإخراج تعرف هذه الكاميرا باسم كاميرا الفيديكون vidicon وهي موضحة في الشكل 6 تمتلك هذه الكاميرا سطح حساس له نفس قطر طبقة فوسفور الإخراج لانبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة. تقوم الكاميرا بتحويل الصورة الضوئي ةمن فوسفور الإخراج إلى إشارة كهربية ترسل إلى جهاز تلفزيون الفلوروسكوبي. ويعتبر نظام المراقبة التلفزيونية ميزة في نظام التصوير الفلوروسكوبي حيث يمكن التحكم في مستوى الإضاءة والتباين للتلفزيون وكذلك يمكن لاكثر من طبيب مشاهدة ما يحدث اثناء التصوير الفلوروسكوبي.

الشكل 6 كاميرا الفيديكون Vidicon camera

 

كما يمكن تثبيت شاشة المراقبة التلفزيونية خارج غرفة التصوير. كما تسمح بتخزين الصورة على أي من وسائط التخزين الالكترونية لعرض التسجيل مرة أخرى ان تطلب الامر.

تتكون كاميرا الفيديكون على انبوبة اسطوانية قطرها 15 mm وطولها 25 cm وبداخلها في داخلها على ملفات كهرومغناطيسية تستخدم لتحريك الشعاع الالكتروني داخل الكاميرا.

يوضح الشكل 7 مخطط لاجزاء كاميرا الفيديكون حيث يظهر الغطاء الزجاجي الذي يحافظ على أجزاء الكاميرا الداخلية مفرغة من الهواء، وتحتوي الكاميرا على الكاثود المكون من مدفع الكتروني يليه شبكات كهروستاتيكية وعلى الطرف المقابل الهدف الي يقوم بوظيفة الانود.

يتكون المدفع الالكتروني من فتيلة ساخنة تعطي تيارا ثابتا من الالكترونات تنطلق تحت تأثير الاثارة الحرارية. تقوم الشبكات الكهروستاتيكية بتجميع الالكترونات المنبعثة في صورة شعاع الكتروني وتقوم الشبكات الكهروستاتيكية أيضا بتعجيل الالكترونات في اتجاه الانود. يتم تحريك الشعاع الالكتروني بواسطة ملفات كهرومغناطيسية تعرف باسم ملفات الانحراف وملفات التوجيه

الشكل 7 كاميرا الفيديكون واجزائها الداخلية

 

عندما تصل الالكترونات إلى الانود فانها تعبر من خلال شبكة وتتفاعل مع الهدف. يتكون الهدف من ثلاثة طبقات ملتصقة مع بعضها البعض. الطبقة الخارجية للهدف عبارة عن النافذة وهي طبقة الغلاف الزجاجية وعلى الجانب الداخلي للطبقة الزجاجية طبقة رقيقة من المعدن او الجرافيت تعرف باسم طبقة الإشارة signal plate. تصمم طبقة الإشارة بسمك يسمح للضوء بالمرور عبرها وبسمك كافي يمكنها من توصيل الكهرباء بكفاءة عالية. وسميت بهذا الاسم لانها الطبقة التي تخرج منها إشارة الفيديو الى دائرة التلفزيون.

الطبقة الثالثة هي طبقة ذات خاصية التوصيل الضوئي photoconductive (أي من مادة عازلة وتصبح موصلة للكهرباء عند تعرضها للضوء) وهي عبارة عن طبقة من ثالث كبريتيدالأنتيمون تثبت هذه طبقة الإشارة. يتم مسح هذه الطبقة بواسطة الشعاع الالكتروني الصادر من كاثود الكاميرا.

الان عندما يسقط الضوء الناتج عن فوسفور الإخراج في انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة على الانود فانه يعبر من النافذة الى طبقة الإشارة يسقط في النهاية على طبقة التوصيل الضوئي والتي يمسحها من الجانب المقابل الشعاع الالكتروني فاذا سقط عليها ضوء فانها تمرر الشعاع الالكتروني إلى طبقة الإشارة في صورة إشارة كهربية واذا لم يسقط عليها ضوء فانها تصبح عازلة ولا ينتج عنها إشارة وتجدر الإشارة هنا الى ان موصلية هذه الطبقة يعتمد على كمية الضوء الساقط عليها وبالتالي فان الإشارة الكهربية المتولدة في طبقة الإشارة يتناسب طرديا مع شدة الضوء الساقط عليها. الشكل 8 ويضح ما يحدث عند انود كاميرا الفيديكون.

توصل الإشارة الكهربية (إشارة الفيديو) في جهاز التلفزيون كما يتم في توصيل جهاز الريسيفر في التلفزيون لاستقبال المحطات الفضائية ولكن هنا يأخذ التلفزيون اشارته من كاميرا الفيديكون والتي اخذت بياناتها من انبوبة زيادة شدة اضاءة الصورة والتي تعكس صورة المريض. فتظهر على شاشة التلفزيون ما يحدث داخل جسم المريض ليتمكن الطبيب من تشخيص المرض.

الشكل 8 الانود في كاميرا الفيديكون يعمل على توصيل الالكترونات التي تشكل الإشارة التلفزيوينية عند سقوط الضوء عليه

 

 

الانتقال من الفلوروسكوبي التقليدي إلى الفلوروسكوبي الرقمي Digital fluoroscopy

ينتج عن الفلوروسكوبي التقليدي صور ظل لاشعة اكس النافذة من جسم المريض وتظهر هذه الصور على شاشة التلفزيون. في العام 1970 طورت مجموعة من الفيزيائيين الطبيين في جامعة ويسكونسين وجامعة اريزونا تقنية التصوير الفلوروسكوبي ليصبح رقميا من خلال إضافة الكمبيوتر بين كاميرا الفيديكون وشاشة التلفيزيون كما هو وضح في الشكل 9. هذا التطور أضاف الكثير من المزايا لتقنية الفلوروسكوبي حيث يمكن اجراء العديد من التعديلات على الصور لتحسين وضوحها وزيادة تباينها.

الشكل 9 مكونات نظام الفلوروسكوبي الرقمي

 

الحصول على الصورة رقميا باستخدام شريحة CCD (Charge-Coupled Device)

التحول الرئيسي للانتقال من الفلوروسكوبي التقليدي إلى الفلوروسكوبي الرقمي اعتمد على استخدام شريحة CCD والتي تعرف باسم (Charge-Coupled Device) وهي نفس الشريحة المستخدمة في الكميرات الرقمية وكاميرات الجوالات والمستخدمة كعين للروبوتات. تثبت شريحة CCD بدلا عن كاميرا الفيديكون على فوسور الإخراج في انبوبة زيادة شدة الإضاءة image-intensifier tube. وهنا تقوم شريحة CCD بالتقاط الصورة الضوئية المتكونة على طبقة فوسفور الإخراج وتحويلها إشارات كهربية رقمية تخزن في ذاكرة الكمبيوتر وعرضها على شاشته. وعادة تستخدم حزمة من الالياف البصرية لنقل الإشارة الضوئية من طبقة فوسفور الإخراج إلى شريحة CCD كما هو موضح في الشكل 10.

الشكل 10 طريقة ربط الصورة المتكونة على طبقة فوسفور الإخراج في انبوبة زيادة شدة الإضاءة مع شريحة CCD من خلال حزمة الالياف البصرية.

 

تقنيات التصوير الفلوروسكوبي الرقمي

ادخال تقنيات الكمبيوتر في التصوير جعل بالإمكان الحصول على صور أكثر وضوحا وأكثر دقة وأكثر تباينا وأكثر حدة من التصوير الفلوروسكوبي التقليدي من خلال الاعتماد على تقنيات طرح الصور من بعض حيث يتم اخذ صورة للمريض قبل ادخال مادة التباين ثم اخذ مجموعة من الصور خلال فترات زمنية قصيرة وطرح الصور الجديدة من الصورة الأولى لنحصل على صور واضحة للعضو المراد تشخيصه. الشكل 11 يوضح الية عمل تقنية التصوير الفلوروسكوبي الرقمي حيث يتم حقن المريض بمادة التباين ثم يتم تشغيل جهاز اشعة اكس الذي يعمل في هذه الحالة في صورة نبضية أي تنطلق اشعة اكس في صورة نبضات وكل نبضة تعطي صورة تختزن في ذاكرة الكمبيوتر وتعتبر الصورة الأولى هي القناع ويتم طرح الصور التالية من صورة القناع حتى يظهر على الشاشة الفرق فقط

 

الشكل 11 استخدام قناع الصورة لعملية طرح الصور لاظهار الصور التي تحمل معلومات عن تدفق مادة التباين في جسم المريض.

 

تعزز عملية الطرح التي تتم بواسطة الكمبيوتر تباين الصورة لان جسم الانسان يحتوي على الكثير من الانسجة والأعضاء والاوردة والعظام وفي التصوير الفلوروسكوبي التقليدي كانت الصور باهتة ويصعب الحصول على تفاصيد دقيقة بسبب اختفاء العضو المراد تصويره بين الأعضاء الأخرى كما في الشكل 12، لكن هذه المشكلة اختفت في تقنية التصوير الفلوروسكوبي الرقمي حيث نحصل فقط بعملية الطرح على صورة للعضو الذي حقن بمادة التباين ويستطيع الطبيب اجراء تشخيص ديناميكي للمريض معتمدا على مشاهدة سريان مادة التباين في الجسم.

 

الشكل 12 الصورة على اليسار هي صورة فلوروسكوبي قبل عملية الطرح وعلى اليمين بعد اجراء عملية الطرح ونلاحظ دقة وضوح الصورة ومدى التباين فيها.

 

أتمنى ان أكون قد قدمت شرحا مبسطا لتقنية عمل التصوير الفلوروسكوبي موضحا اجزائه الرئيسية والتي نلاحظ من خلالها الدور الكبير الذي تلعبه الفيزياء في كل جزئية من اجزائه.

 

مع خالص تحياتي

الدكتور حازم فلاح سكيك

الاستاذ المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة
صفحتي على الفيس بوك
https://www.facebook.com/drhazemsakeek 

تعليقات

تعليقات

عن الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر - غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي | ومركز الترجمة العلمي | وقناة الفيزياء التعليمي على اليوتيوب | ورئيس تحرير مجلة الفيزياء العصرية | Email skhazem@gmail.com

تفضل بزيارة صفحتي
تصفح كل مقالاتي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.