نقش فیزیک در پزشکی

پزشكان براى تشخیص بیمارى ها از انواع وسایل ساده مانند دماسنج و فشارسنج، گوشى طبى (استتوسكوپ) تا دستگاه هاى بسیار پیچیده مانند میكروسكوپ الكترونى، لیزر و هولوگراف كه همه براساس قانون هاى فیزیك طراحى و ساخته شده استفاده مى كنند. در این قسمت به ساختمان و طرز كار برخى از آنها مى پردازیم.

رادیوگرافى و رادیوسكوپى
رادیوگرافى عكسبردارى از بدن با پرتوهاى ایكس و رادیوسكوپى مشاهده مستقیم بدن با آن پرتوها است. در عكاسى معمولى از نورى كه از چیزها بازتابش مى شود و بر فیلم عكاسى اثر مى كند استفاده مى شوند در صورتى كه در رادیوگرافى پرتوهایى را كه از بدن مى گذرند به كار مى برند.

پرتوهاى ایكس را نخستین بار در سال ۱۸۹۵ میلادى، ویلهلم كنراد رنتیگن استاد فیزیك دانشگاه ورتسبورگ آلمان كشف كرد. این كشف بسیار شگفت انگیز بود و خبر آن با سرعت در روزنامه هاى جهان منتشر شد. جالب است كه رنتیگن بر روى پرتوهاى كاتدى كار مى كرد و به طور اتفاقى متوجه شد كه وقتى این پرتوها، كه همان الكترون هاى سریع هستند به مواد سخت و فلزات سنگین برخورد مى كنند پرتوهاى ناشناخته اى تولید مى شود او این پرتوها را پرتو ایكس به معنى مجهول نامید.



پرتوهاى ایكس قدرت نفوذ و عبور بسیار زیاد دارند. به آسانى از كاغذ، مقوا، چوب، گوشت و حتى فلزهاى سبك مانند آلومینیوم مى گذرند، لیكن فلزهاى سنگین مانند سرب مانع عبور آنها مى شود. اشعه ایكس از استخوان هاى بدن كه از مواد سنگین تشكیل شده اند عبور نمى كنند در صورتى كه از گوشت بدن به آسانى مى گذرند. همین خاصیت سبب شده كه آن را براى عكسبردارى از استخوان هاى بدن به كار برند و محل شكستگى استخوان ها را مشخص كنند. براى عكسبردارى از روده و معده هم از پرتوهاى ایكس استفاده مى شود لیكن براى این كار ابتدا به شخص مایعاتى مانند سولفات باریم مى خورانند تا پوشش كدرى اطراف روده و معده را بپوشاند و سپس رادیوگرافى صورت مى دهند.

كشف پرتوهاى ایكس كه به وسیله رنتیگن عملى شد سرآغاز فعالیت هاى دانشمندانى مانند تامسون، بور، رادرفورد، مارى كورى، پیركورى، باركلا و بسیارى دیگر شد به طورى كه نه فقط چگونگى تولید، تابش و اثرهاى پرتو ایكس و گاما و نور شناخته شد بلكه خود اشعه ایكس یكى از ابزارهاى شناخت درون ماده شد و انسان را با جهان بى نهایت كوچك ها آشنا كرد و انرژى عظیم اتمى را در اختیار بشر قرار داد.

پرتوهاى ایكس در پزشكى و بهداشت براى پیشگیرى، تشخیص و درمان به كار مى رود به طورى كه در فناورى هاى مربوطه یكى از ابزارهاى اساسى است.


وسایل الكتروپزشكى

بخشى از وسایل تشخیص بیمارى ها، دستگاه هایى هستند كه براساس قانون هاى مربوط به الكتریسیته و الكترونیك ساخته و به كار گرفته مى شوند. نمونه اى از این دستگاه ها عبارتند از الكتروكاردیوگراف، الكتروبیوگراف و الكترو آنسفالوگراف. این دستگاه ها مى توانند با رسم نمودارهایى وضع سلامت یا بیمارى را براى پزشك مشخص كنند. ممكن است این دستگاه ها مجهز به نوسان نگار باشند و در نتیجه نمودارها مستقیماً بر روى یك صفحه تلویزیون مشاهده شود. نمونه این دستگاه ها كاردیوسكوپ است كه معمولاً در اتاق بیمار قرار مى گیرد و بر آن منحنى ضربان قلب بیمار مشاهده مى شود. در الكتروكاردیوگراف به جاى آنكه منحنى ها مستقیماً دیده شود آن منحنى ها (نمودارها) بر روى نوارى از كاغذ ثبت و ضبط مى شود و پزشك از روى آنها مى تواند وضعیت قلب و نوع بیمارى را تشخیص دهد.

الكتروآنسفالوگرافى
دستگاهى است كه با آن بیمارى هایى چون صرع، تومورهاى مغزى، ضربه، اعتیاد به دارو و الكل تشخیص داده مى شود و كار این دستگاه با استفاده از فعالیت هاى الكتریكى كه در سطح بدن ظاهر مى شود، صورت مى گیرد. اندازه گیرى ها نشان مى دهد كه در قشر مغز تغییرات پتانسیل الكتریكى منظمى انجام مى شود. «این پتانسیل هاى الكتریكى به استثناى حالت بیهوشى عمیق یا قطع جریان خون به مغز همیشه وجود دارند. هنگامى كه قشر مغز خراب شود، این نقش تغییر مى كند. با قرار دادن الكترودهاى پهن یا الكترودهاى سوزنى شكل بر روى پوست سر مى توان امواج را از پوست سر به سمت دستگاه ثبات هدایت كرد… این امواج نتیجه پتانسیل هاى كار نورون هاى عصبى قشر مغزند كه در سطح مغز ظاهر مى شوند … خاصیت مهم این امواج بسامد آنها است. گستره معمولى این بسامد از یك تا ۶۰ هرتز تغییر مى كند… این امواج برحسب بسامد، ولتاژ، محل هاى تلاقى، شكل امواج و نقش هایى كه دارند، ارزیابى مى شوند.»۵




تهیه طرح هاى سه بعدى از بدن
در سال هاى ۷۰-۱۹۶۰ براى تشخیص بیمارى ها چهار روش جدید ابداع شد:
الف _ گرمانگارى: نخستین روش گرمانگارى بود كه در سال ۱۹۶۲ عرضه شد. مى دانیم كه هر جسمى كه دمایش بالاتر از صفر مطلق (۲۷۳- درجه سلسیوس) باشد از خود امواجى تابش مى كند كه به نام امواج گرمایى معروف است. از این خاصیت یعنى انتشار امواج گرمایى از بدن انسان استفاده شده و اختلاف دماى قسمتى از بدن را به صورت تصویرى رنگى تهیه مى كنند. این روش براى تحقیق و بررسى رگ هاى خونى سطحى بدن مفید است و با آن مى توان از وجود تومورها نیز باخبر شد.

ب- توموگرافى: پرتوهاى ایكس مى توانند از بافت هاى نرم بگذرند، لیكن میزان جذب یا عبور آنها به غلظت بافت بستگى دارد. چنانچه پرتو ایكس در مسیر خود از غده اى بگذرد، میزان جذب آن نسبت به وضعیتى كه غده وجود نداشته باشد، تفاوت مى كند. به كمك كامپیوتر مى توانند تصویرى را كه از بدن گرفته اند، پردازش كنند و اطلاعات دقیق مربوط به ساختمان بدن و وجود غده را مشخص نمایند. عملى كه با كمك پرتو ایكس و كامپیوتر براى تعیین غده ها صورت مى گیرد را توموگرافى مى نامند.
پ- هولوگرافى (تمام نگارى): دنیس گابور فیزیكدان نوع جدیدى از عكاسى را در سال ۱۹۴۷ ابداع كرد كه بعداً در موارد گوناگون از جمله در پزشكى از آن استفاده شد. هولوگرافى براساس خواص امواج متكى است و تصویرى كه از ریزشىء گرفته مى شود، سه بعدى است. در این طریقه تصویرى كه از هر عضو بدن گرفته مى شود، كاملاً همه قسمت هاى اطراف آن عضو دیده مى شود. براى تهیه عكس سه بعدى معمولاً از پرتوهاى لیزر استفاده مى شود.
ت- دستگاه تشدید مغناطیسى (NMR ) :اساس این دستگاه بر این خاصیت است كه هسته اتم هاى خاصى در صورت قرار گرفتن در میدان مغناطیسى امواجى از خود تابش مى كنند كه قابل ردیابى است. این پدیده در سال ۱۹۴۰ شناخته شد و كاربرد آن در پزشكى براى نخستین بار در سوئد توسط «اریش اودبلاد»۶ و از دهه ۱۹۵۰ شروع شد.

در سال ۱۹۷۳ در انگلیس از طریق ردیابى تابش تراكم اتم هاى هیدروژن در بافت هاى مختلف بدن نخستین تصویر NMR تهیه شد. از سال ۱۹۷۷ به بعد تصویر از مغز نیز به این وسیله گرفته شد.
شما در لینك زیر می توانید تصاویر زیبای برخی از كاربرد های فیزیك در پزشكی را ببینید.
http://www.insidestory.iop.org/insidestory_flash1.html

منابع و مآخذ:


۱- ایزدیان، حبیب الله _ بیوفیزیك، حفاظت در مقابل اشعه _ دانشگاه تهران ۲- ترور آى. ویلیامز _ اختراعات و اكتشافات در قرن بیستم _ ترجمه لاله ص احبى _ انتشارات یگانه – ۱۳۷۵

۳- بلت، فرانك.ج _ فیزیك پایه _ ترجمه: ناصر مقبلى، محمد خرمى _ انتشارات فاطمى.
۴- كارل آرنیو، برندا سى نیو _ فیزیك در خدمت علوم بهداشت _ ترجمه على اصغر تكالو _ آستان قدس
۵- معتمدى، اسفندیار _ فیزیك زنده _ انتشارات مدرسه

۶- معتمدى، اسفندیار _ ماوراى صوت _ انتشارات مدرسه

۷- هشترودى، دكتر محسن _ جهان اندیشه، دانش و هنر _ كتابفروشى دهخدا

۸- هسل هوارد فلیتر _ آشنایى با فیزیك در پرستارى _ ترجمه جهانشاه میرزابیگى، پروین عزالدین زنجانى _ مركز نشر دانشگاهى برگرفته از:http://