فيزياء طبية

على مدى عقود استخدم العلماء أجهزة الكمبيوتر لتحسين الصور الطبية وتحليلها. في البداية، طوروا خوارزميات حاسوبية بسيطة لتحسين مظهر الميزات الشيقة في الصور ومساعدة البشر على قراءتها وتفسيرها بشكل أفضل

أنشأت منظمة المعايير الدولية واللجنة الفنية المشتركة للجنة الكهروتقنية الدولية لجانًا فرعية مسؤولة عن معايير ضغط الصور الثابتة والفيديو، مما أدى إلى عائلات معايير JPEG ومجموعة خبراء الصور المتحركة، على التوالي.

يمكن تحديد مستويين من الضغط للتصوير الطبي: فقدان بصري و فقدان تشخيصي. الضغط بدون فقدان بصري هو ذلك النوع ومستوى الضغط الذي لا يستطيع فيه المراقب البشري التمييز بصريًا بين الصورة الأصلية والصورة المعاد بناؤها، على الرغم من حدوث خسارة رياضية.

تسمح بعض أشكال الضغط بالاسترداد الكامل والدقيق للبيانات الأصلية من البيانات المضغوطة للصور الاشعاعية ويشار إليها على أنها مخططات ضغط بدون فقدان أو قابلة للعكس.

عند تخزينها أو نقلها في شكل غير مضغوط، تشغل الصور الرقمية مقدارًا من المساحة يتناسب مع حجم مصفوفة الصورة، أي أن كل بكسل يشغل عددًا ثابتًا من البايت

كان التركيز الأولي للتصوير الرقمي والاتصالات في الطب هو تبادل الصور نفسها. ومع ذلك، هناك أنواع أخرى من البيانات المجمعة التي يمكن معالجتها بطريقة مماثلة للصور

إن انتشار الضوضاء أو تسلسلها أكثر تعقيدًا بشكل كبير من تكوين انظمة التعديل، كما يجب أن يأخذ التحليل الصحيح للضوضاء في الاعتبار الارتباط بين مصادر الضوضاء المختلفة

إن مقارنة ضبابية البقعة البؤرية وهندسة التصوير مع تلك الموجودة في الكاشف هي خير مثال على نظام التصوير المتتالي، إلى جانب كاشف التنظير الفلوري بالفيديو الذي يحتوي على مكثف للصور بالأشعة السينية.

إن أنظمة التصوير الحديثة رقمية، يتم تعريف الصورة الرقمية فقط كنقاط منفصلة في الفضاء، تسمى نقاط أخذ العينات، كما تتضمن عملية أخذ العينات بشكل عام تكامل قيم الإشارة المستمرة على مساحة محدودة

الصورة الطبية هي تمثيل تصويري لقياس شيء أو وظيفة الجسم، يمكن الحصول على هذه المعلومات في أبعاد مكانية واحدة إلى ثلاثة، كما يمكن أن يكون ثابتًا أو ديناميكيًا،

إن تدفق الجسيمات المشحونة في التجويف يساوي ذلك الموجود في الوسط الذي يحيط به والافتراض الثاني يعني أنه لا يوجد جسيم مشحون يبدأ أو ينهي نطاقه في التجويف.

عندما تشع اشعة من الجسيمات المؤينة غير المشحونة مادة متجانسة، يتحول مجال الإشعاع المؤين إلى خليط من الحزمة الساقطة (المخففة بالمادة) والإشعاع المتناثر الناتج عن تفاعل الحزمة الساقطة في المادة والإشعاع المشحون.

يتم التعبير عن كيرما والجرعة الممتصة بنفس الوحدات وكلاهما مرتبطان بالتقدير الكمي لتفاعل الإشعاع مع المادة. بصرف النظر عن الحقيقة الرئيسية المتمثلة في استخدام كيرما لتحديد مجال الإشعاع واستخدام الجرعة الممتصة لتحديد تأثيرات الإشعاع

إن تحديد الطاقة التي يمنحها الإشعاع للمادة هو موضوع قياس الجرعات، حيث تتفاعل الطاقة المودعة كإشعاع مع ذرات المادة، كما ان الطاقة المنقولة هي المسؤولة عن الآثار التي يسببها الإشعاع في المادة

يوفر مولد الأشعة السينية جميع مصادر الطاقة الكهربائية والإشارات اللازمة لتشغيل أنبوب الأشعة السينية ويتحكم في الظروف التشغيلية لإنتاج الأشعة السينية وتسلسل التشغيل للتعرض أثناء الفحص

بالنسبة لفحوصات الأشعة السينية التي لا تتطلب سوى تيار أنود منخفض أو تعرضات منخفضة للطاقة غير متكررة (مثل وحدات طب الأسنان ووحدات الأشعة السينية المحمولة وأنظمة التنظير الفلوري المحمولة)

من الضروري النظر في السلوك العياني للفوتونات التي تعبر المادة. لهذا الغرض، يتم استخدام معاملات التوهين الخطي والكتلي والتي ترتبط ببساطة بمجموع المقطع العرضي، قد تخضع الفوتونات لأكثر من تفاعل واحد أثناء مرورها عبر مادة سائبة.

تناولت الدراسات فيزياء الأحداث التي تحدث عندما تتفاعل الفوتونات والإلكترونات مع المادة. هذه هي الإشعاعات المهمة للأشعة التشخيصية ويتم التعامل فقط مع تلك التفاعلات التي تؤدي إلى توهينها وامتصاصها وتشتتها.

عندما تمر الجسيمات المشحونة عبر المادة، فإنها تتفاعل مع الإلكترونات الذرية وتفقد الطاقة من خلال عمليات الإثارة والتأين، كما يمكن أيضًا إنتاج التأين عندما تمر الفوتونات عبر المادة من خلال تفاعلات مثل التأثير الكهروضوئي والتشتت غير المتماسك.

يتم تطبيق نبضات الإثارة عالية الجهد على المصفوفة بواسطة إلكترونيات المرسل لإطلاق نبضة، كما يقوم مفتاح الإرسال والاستقبال بعد ذلك بفصل المصفوفة عن إلكترونيات جهاز الإرسال وتوصيلها بإلكترونيات جهاز الاستقبال

توفر لوحة التحكم في ماسح ضوئي سريري حديث للمستخدم بعض المرونة في اختيار عدد وأعماق بؤر الإرسال، يتم تحقيق التصوير باستخدام مناطق بؤرية إرسال متعددة من خلال الحصول على كل خط مسح بشكل متكرر

في الطريقة التقليدية للتصوير بالموجات فوق الصوتية، يتم الحصول على الصور في وضع الانعكاس أو صدى النبض، تنقل مجموعة من العناصر الكهرضغطية الصغيرة نبضة مركزة على طول خط رؤية محدد يعرف باسم خط المسح.

تم تحديد كمية التعرض للموجات فوق الصوتية تقليديًا عن طريق قياس الذروة المكانية ومتوسط الشدة الزمنية وهي الإشارة المرسلة المقاسة عند النقطة ذات الشدة الأكبر داخل المجال المشع

يُفترض عمومًا أن الموجات فوق الصوتية هي أكثر طرق التصوير الطبي أمانًا ولكن عندما يتم نقل نبضات الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة عبر الأنسجة، يمكن نقل كمية كبيرة من الطاقة من النبض إلى الأنسجة، مما يزيد من مخاطر الآثار الضارة على المريض.

تستخدم أبسط أنظمة دوبلر الموجة المستمرة (CW) وعادة ما تكون أجهزة محمولة صغيرة، يتكون محول CW Doppler من عنصرين كهرضغطية متجاورين مائلين قليلاً نحو بعضهما البعض

يمكن تحليل نمط الحزمة الناتج عن محول طاقة الموجات فوق الصوتية في مستوى موازٍ لوجه الفتحة باستخدام نظرية الانعراج العددي.

أصبحت محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ممكنة من خلال اكتشاف الكهرباء الانضغاطية في الكوارتز بواسطة بيير وجاك كوري في عام 1880.

ترد السرعات النموذجية للصوت في الأنسجة البيولوجية، جنبًا إلى جنب مع سرعات الصوت لبعض المواد المرجعية الأخرى. كقاعدة عامة، تمتلك المواد الصلبة أعلى سرعات للصوت، بينما تمتلك الغازات أقل سرعات للصوت.

تعرض صورة الموجات فوق الصوتية الحجم (القيمة المطلقة للسعة) لصدى الموجات فوق الصوتية، لذا فإن الفهم المادي لانعكاس الموجة الصوتية مفيد لتفسير الصور.

الموجات فوق الصوتية هي أكثر طرق التصوير التشخيصي شيوعًا، حيث تمثل حوالي 25٪ من جميع فحوصات التصوير التي يتم إجراؤها في جميع أنحاء العالم في بداية القرن الحادي والعشرين.