الاشعة السينية

الاشعة السينية X-rays

الاشعة السينية

ماهي الأشعة السينية ؟

- تشابه الأشعة السينية X-ray الضوء المرئي فكليهما مكون من فوتونات تتحرك بشكل موجي حاملة طاقة كهرطيسية electromagnetic energy , لكن الفرق بين الأشعة السينية و أشعة الضوء المرئي هو مستوى الطاقة للفوتونات و الذي يعبر عنه بطول موجة الأشعة wavelength .
- إن العين البشرية حساسة لمجال معين من أطوال الأمواج تتراوح ضمنه الأشعة المرئية ,لكنها غير حساسة للأشعة السينية التي يكون طول موجتها أقل من الضوء المرئي و بالتالي طاقتها أعلى , كما أنها غير حساسة للأمواج الراديوية radio waves التي تتمتع بطول موجة أكبر من الضوء المرئي و بالتالي طاقة أقل .
- إن فوتونات الأشعة السينية كما فوتونات الضوء المرئي تنتج عن حركة الإلكترونات في الذرات , حيث تشغل هذه الالكترونات سويات طاقية مختلفة في مداراتها حول نواة الذرة , و عندما ينتقل الكترون من مداره إلى مدار ذي سوية طاقية أدنى فإنه يحرر طاقة على شكل فوتونات , تتوقف طاقة هذه الفوتونات على الفرق بين السويتين الطاقيتين الأولى و الثانية للإلكترون .
عندما يصدم الفوتون المنطلق ذرة أخرى تقوم هذه الذرة بامتصاص طاقة هذا الفوتون عن طريق نقل الكترون إلى سوية طاقية أعلى . لكي يحدث هذا يجب أن تكون السوية الطاقية للفوتون تساوي الفرق بين السويتين الطاقيتين للإلكترون .

عادة تقوم ذرات نسج الإنسان بامتصاص مختلف فوتونات الضوء المرئي , حيث أن السويات الطاقية لفوتونات الضوء المرئي تناسب الفروق المختلفة بين مواضع الإلكترونات في ذرات النسج . بينما لا تملك أمواج الراديو الطاقة الكافية لنقل الإلكترونات بين السويات الطاقية المختلفة للذرات , و بالتالي هي قادرة على اختراق مختلف الأجسام , و كذلك الحال أيضاً في الأشعة السينية لكن بفارق وحيد هو أن الأشعة السينية تملك طاقة عالية جداً.
تستطيع الأشعة السينية عندما تسقط على الذرات الصغيرة نسبياً أن تطرد الكترون من هذه الذرات , حيث تقوم بعض طاقة فوتون الأشعة السينية بفصل الكترون عن ذرته , بينما تقوم الطاقة المتبقية بدفع الإلكترون بعيداً عن ذرته فهي غالباً غير قادرة على امتصاص فوتونات الأشعة السينية . بينما تقوم الذرات الكبيرة نسبياً بامتصاص فوتون الأشعة السينية لأن هذه الذرات تملك فروق طاقية عالية بين مداراتها و تكون هذه الفروق مساوية تقريباً لطاقة فوتونات الأشعة السينية .
تتنوع النسج في جسم الإنسان فهي إما مكونة من ذرات صغيرة و بالتالي غير قادرة على امتصاص فوتونات الأشعة السينية , أو قد تكون كبيرة كذرات الكالسيوم calcium atoms التي تشكل البنية الأساسية للعظام و بالتالي هي قادرة على امتصاص فوتونات الأشعة السينية .

الاشعة السينية X-rays

المبدأ المبسط لجهاز الأشعة السينية بشكل عام :

إن الجزء الأساسي في هذا الجهاز هو أنبوب الأشعة السينية الزجاجي و المفرغ من الهواء , و الحاوي على مهبط cathode هو عبارة عن خيط معدني رفيع يتم تسخينه بواسطة عبور تيار كهربائي فيه , حيث تقوم هذه الحرارة بطرد إلكترون من سطح المهبط . بينما يكون المصعد anode المشحون إيجاباً عبارة عن قرص مسطح من التنغستين tungsten .

يطبق فرق توتر عالي بين المصعد و المهبط الهدف منه إكساب الإلكترونات المنتزعة من المهبط سرعة عالية باتجاه المصعد , عندما يصدم إلكترون ذرة تنغستين موجودة على المصعد يقوم بتحرير الكترون ذي سوية طاقية منخفضة من هذه الذرة , و يحل محل هذا الإلكترون إلكترون آخر من نفس الذرة لكنه يتمتع بسوية طاقية أعلى , لينتج عن هذه العملية تحرر الطاقة الزائدة على شكل فوتون بسوية طاقية عالية , هو فوتون الأشعة السينية .

الاشعة السينية X-rays

كما و يمكن للإلكترونات الحرة أن تولد فوتونات دون أن تصدم الذرات , حيث يمكن أن تقوم أنوية الذرات بجذب الإلكترونات المسرعة حيث تسبب تباطؤ لهذه الإلكترونات و تغيير مساراتها , و بالتالي يصدر الإلكترون عند هذه الحالة الفائض من طاقته على شكل فوتونات للأشعة السينية .

الاشعة السينية X-rays

ينتج عن تصادم الإلكترونات بالمصعد حرارة عالية لذلك يستخدم محرك لتدوير المصعد و حمايته من الإنصهار .
تحاط البنية الداخلية لأنبوب الأشعة السينية بغلاف رصاصي ثخين يمنع تشتت الأشعة السينية في مختلف الإتجاهات , و يحوي هذا الغلاف على نافذة صغيرة تسمح لفوتونات الأشعة السينية بأن تخرج على شكل حزمة ضيقة تعبر سلسلة من الفلاتر filters قبل سقوطها على جسم المريض .
توجد على الجانب الآخر من جسم المريض كاميرا الأشعة السينية X-ray camera التي تستخدم نفس تكنولوجيا الأفلام المستخدمة في الكاميرا العادية , لكن الفرق هنا أن من سيحرض التفاعلات الكيميائية على الفيلم هي الأشعة السينية و ليس الضوء المرئي , أما في جهاز الــ Digital X-Ray الذي سنتحدث عنه لاحقاً فيستخدم عوضاً عن الأفلام عنصر تحسس الكتروني CCD .
تظهر مناطق الفيلم التي تعرضت لكميات كبيرة من الأشعة عاتمة اللون , بينما تظهر المناطق التي كانت أقل عرضة للأشعة أقل عتوماً , و هذا ما يفسر أن العظام تظهر على الفيلم بيضاء كونها امتصت الأشعة الساقطة عليها و بالتالي لم تصل الأشعة إلى الفيلم , بينما تظهر النسج الطرية سوداء أو رمادية لأنها لم تمتص الأشعة و بالتالي وصلت كميات أكبر من هذه الأشعة إلى الفيلم .
أضرار الأشعة السينية :

مشكلة الأشعة السينية أنها أشعة مؤينة , فعندما تصدم الأشعة العادية ذرة ما فإنها غير قادرة على إحداث تغييرات في هذه الذرة , لكن عندما تصدم الأشعة السينية الذرة فإنها تسبب طرد إلكترون من هذه الذرة و تحولها إلى شاردة , أي ذرة مشحونة كهربائياً . تسبب هذه الشحنة تفاعلات كيميائية غير طبيعية داخل الخلايا . كما أنها يمكن أن تسبب كسر لسلاسل الحموض النووية DNA Chains و هذا ما يسبب موت هذه السلاسل المتضررة أو إصابتها بطفرات , و هذا ما يجعل الخلايا مسرطنة و يمكن أن ينتشر هذا السرطان خلال الجسم . و إذا أصابت هذه الطفرات النطاف أو البيضة عند الأنثى فإن ذلك قد يؤدي إلى وجود عيوب في الأجنة . لذلك يستخدم الأطباء الأشعة السينية باقتصاد هذه الأيام .
لكن رغم هذه المخاطر , يبقى المسح بوساطة الأشعة السينية الخيار الأكثر أمناً من العمل الجراحي المباشر , كما أنه من المؤكد أن جهاز الأشعة السينية من أكثر الإختراعات أهمية في عصرنا الحاضر .
نظام الــ Digital X-Ray :

المخطط الصندوقي للجهاز :

الاشعة السينية X-rays

إن جهاز الــ Digital X-Ray يختلف عن أجهزة الأشعة السينية التقليدية بنظام التقاط الصورة و معالجتها , فهذه الأجهزة لا تحتوي على أفلام تقليدية بل تحتوي على قسم إظهار الكتروني يتألف بشكل رئيسي من عنصر يسمى CCD أو Charge Couple Device و هو عبارة عن مصفوفة ذات عدد كبير من العناصر الحساسة للضوء عمقها حوالي 30 مايكروفولت و يصل مستوى دقتها إلى 1024 X 1024 Pixel .

يقوم العنصر الـCCD بتحويل فوتونات الأشعة السينية الساقطة عليها إلى إشارة كهربائية حيث تولد هذه الفوتونات شحنة كهربائية على كل عنصر من عناصر المصفوفة حسب طاقة الفوتون , ثم تعالج هذه الإشارة بوساطة الحاسب من أجل الحصول على صورة تعرض على شاشة المراقبة .
يعتبر هذا العنصر حجر الأساس في التصوير الرقمي , سواء أكان هذا التصوير بوساطة كاميرات عادية أو تصوير طبي .

عنصر الــ CCD

يتميز جهاز الأشعة السينية الرقمي عن التقليدي بأمور منها :

1- تحسين المقارنة بين النسج الكثيفة و الغير كثيفة .
2- حصول أسرع على الصورة .
3- إمكانية تخزين الصور.
4- إمكانية تعديل الصور بهدف زيادة دقتها للكشف عن السرطانات .
5- إمكانية نقل الصور بسهولة إلى أماكن بعيدة بوساطة شبكة الانترنت بهدف استشارة الأطباء في أماكن بعيدة .

لكن من سيئات الفحص الرقمي هو ارتفاع كلفته مقارنة بالفحص التقليدي .
من أنماط الأجهزة التي تستخدم الــ X-ray :

جهاز الأشعة السينية التقليدي:

الاشعة السينية X-rays

جهاز الــ c-arm الذي يستطيع الدوران حول المريض للحصول على الزاوية المطلوبة من الصورة :

الاشعة السينية X-rays

جهاز الفلوروسكوبي الذي يستخدم أثناء بعض عمليات الجراحة القلبية كالقسطرة

جهاز الـ x-ray النقال mobile x-ray الذي يمكن نقله الى مكان المريض في حال وجود صعوبات في نقل المريض إلى غرفة جهاز الأشعة السينية :

جهاز الــ Mammogram لتصوير الثدي :

جهاز الطبقي المحوري ct-scanner للحصول على صور مقطعية في جسم المريض :

في العام 1895، وفي مختبر للفيزياء في ورزبورغ بألمانيا تم مصادفة اكتشاف غيَّر أساليب الطب إلى الأبد. فقد اكتشف العالم الألماني ولهلم رونتجن أشعة جديدة قوية أسماها أشعة إكس (الأشعة السينية) لأنها غامضة وغير مرئية. ونحن لانزال حتى اليوم نطلق عليها هذا الاسم.

في مدى أسابيع معدودة من اكتشاف أشعة إكس أخذ رونتجن يعمل مع فريق من الأطباء لتقصي استخداماتها في المجالات الطبية.

* أنبوب كهربي:

- كان رونتجن يجري اختبارات على أنبوب خوائي وهو نبيطة كهربائية ذات وعاء زجاجي أفرغ منه الهواء بالكامل. فأمر رونتجن تياراً كهربائياً قوياً جداً بين ملامسين (إلكترودين) داخل الأنبوب فكان هذا الأنبوب الخوائي السليف البدائي للصمام، ولأنبوب الأشعة الكاثودية، ثم في العشرينيات من القرن العشرين لجهاز التلفزيون.

* بلورات متوهجة:

- لاحظ رونتجن أن قطعة من الورق المطلي بمادة كيماوية معينة تتوهج كلما تُفتح دارة الأنبوب الخوائي وأن هذا التوهج يستمر حتى عندما توضع صفحة رقيقة من معدن فازي بينها وبين الأنبوب. فاستنتج رونتجن أن نوعاً من الأشعة القوية يخترق الصفحة الفلزية.

عام 1901 منح رونتجن (1845-1923) أولى جوائز نوبل للفيزياء لاكتشافه الأشعة السينية.

* مفيدة لكن مؤذية:

- بعد أقل من ثلاثة شهور على اكتشاف رونتجن للأشعة السينية استخدمت هذه الأشعة لتقصي العظام المكسورة والأشياء المبتلعة والأورام المختلفة ومشاكل أخرى داخل الجسم. فقبل اكتشاف أشعة إكس كان لابد من شق جسم المصاب بحثا عن تلك المشاكل.

- ثم منذ العام 1902 بدأت الشكوك تساور الناس حول سلامة استخدام هذه الأشعة. فبعض الذين تعرضوا لها أصيبوا بأمراض سرطانية ومشاكل صحية أخرى.

- وفي الخمسينيات من القرن العشرين أظهرت التجارب أن التعرض لكميات كبيرة من أشعة إكس قد يعود بالضرر لذا صارت تستخدم بحذر واحتراس أكثر.

عرض أوائلي لفاعلية أشعة إكس.

* فحص دواخل الجسم:

- تساءل رونتجن عما إذا كان باستطاعة الأشعة السينية اختراق الجسم البشري. وبالتجربة الفعلية أظهرت صورة بالأشعة السينية ليد زوجته أن الأشعة اخترقت العضلات والدم والأجزاء اللينة الأخرى لكنها لم تخترق العظام. وهكذا غدت أشعة إكس الطريقة الأعجوبية لمشاهدة أجزاء الهيكل العظمي لشخص حي.

استخدمت وحدات من أشعة إكس محمولة في شاحنات مقفلة لفحص إصابات الجنود على مقربة من ساحة المعركة، في الحرب العالمية الأولى.

* مكنة الأشعة السينية:

- الأشعة السينية جزء من مدى واسع من الأمواج والأشعة المعروفة بالطيف الكهرمغنيطي الذي يتألف من طاقة كهربائية ومغنطيسية. وهذا الطيف يتضمن أيضاً الأشعة الضوئية والأمواج الراديوية والصغرية.

- تولد الأشعة السينية بإطلاق إلكترونات بسرعة فائقة على هدف من صفيحة فلزية. ويستخدم فلز الرصاص الثقيل والكثيف جداً كدرع مغلف.