Magnetic resonance imaging and its applications in medicine and health

What is magnetic resonance imaging (MRI)?
A medical imaging technique that produces accurate images of organs and tissues without the use of harmful radiation.
How does it work?
It uses a powerful magnetic field and radio waves to monitor the interaction of hydrogen atoms in the body, then converts this data into two- or three-dimensional images.
Device shape:
A large magnetic cylinder that the patient inserts while lying down during the scan.
Advantages:
Safer than X-rays (such as CT or PET scans) because it does not rely on ionizing radiation, making it preferred for repeated examinations.
In short: MRI is safe and accurate for imaging internal details.

1. الرنين المغناطيسي إعداد الطالبة: راما وليد عواد إشراف: الدكتور فاتن الأحمد 2025 الجمهورية العربية السورية وزارة التعليم العالي والبحث العلمي جامعة طرطوس كلية العلوم قسم الفيزياء

2. المقدمة ما هو التصوير بالرنين المغناطيسي ؟ تقنية تصوير طبي تُنتج صورًا دقيقة للأعضاء والأنسجة دون استخدام أشعة ضارة. كيف يعمل ؟ يستخدم مجالًا مغناطيسيًا قويًا وموجات راديوية لرصد تفاعل ذرات الهيدروجين في الجسم، ثم يحوّل هذه البيانات إلى صور ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. شكل الجهاز: أسطوانة مغناطيسية كبيرة يدخلها المريض مستلقيًا أثناء الفحص. المميزات: أكثر أمانًا من الأشعة السينية (مثل الأشعة المقطعية أو الـ PET) لأنه لا يعتمد على الإشعاع المؤين، لذا يُفضّل للفحوصات المتكررة. باختصار: MRI آمن ودقيق لتصوير التفاصيل الداخلية . 1

3. الأساسيات الفيزيائية والتقنية المعادلة الفيزيائية للطاقة المغناطيسية 2 ·  : E طاقة المستوى  :m رقم الكم المغناطيسي : μ العزم المغناطيسي ·  : B₀ شدة المجال المغناطيسي الخارجي ·: I رقم الكم المغزلي مثال: ذرة الهيدروجين (I = ½) لها حالتان فقط للطاقة .

4. الأساسيات الفيزيائية والتقنية سلوك الأنوية في غياب ووجود المجال المغناطيسي في غياب المجال المغناطيسي : تكون طاقة العزم المغناطيسي متساوية في جميع الاتجاهات . في وجود المجال المغناطيسي : تنقسم الطاقة إلى مستويين. تُفضل الأنوية الاتجاه الذي يجعلها في حالة طاقة أقل، مما يجعل هذه الحالة أكثر استقرارًا . 2

5. الأساسيات الفيزيائية والتقنية امتصاص الطاقة وتولد الإشارة عند تسليط موجات راديوية بتردد معين على الأنوية في المجال المغناطيسي، تمتص الأنوية الطاقة وتنتقل إلى المستوى الأعلى. ثم تعود تلقائيًا إلى المستوى المنخفض، وتصدر طاقة تُرصد على شكل طيف خطي يسمى " إشارة الرنين المغناطيسي ". 2

6. الأساسيات الفيزيائية والتقنية تطبيقات الخواص المغناطيسية في التصوير: كيف يعمل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI ) بطريقة مبسطة؟ المصدر المغناطيسي في الجسم البشري - البروتونات ( في أنوية الذرات) هي مغانط صغيرة طبيعية في جسمك - توجد بكثرة في ذرات: الهيدروجين-الكربون-الأكسجين. لماذا نركز على الهيدروجين؟ - لأن جسمك يتكون من 70% ماء كل جزيء ماء يحتوي على ذرتي هيدروجين 2

7. الأساسيات الفيزيائية والتقنية تطبيقات الخواص المغناطيسية في التصوير : كيف تتحول البروتونات إلى مغانط ؟ 1. لكل بروتون: - شحنة موجبة (+) - يدور حول نفسه مثل الدوامة (حركة مغزلية ) 2. هذه الحركة الدوارة للشحنة تُنتج: - مجالًا مغناطيسيًا صغيرًا (مثل مغناطيس صغير جدًا ) البروتون = مغناطيس صغير - له قطب شمالي وقطب جنوبي - يمكن توجيهه بواسطة مغناطيس خارجي قوي - هذه الخاصية هي السر في عمل جهاز الـ MRI 2

8. جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي : المغناطيس الرئيسي يشكل العنصر الأساسي في النظام، حيث تطورت تصاميمه من المغناطيسات الدائمة التقليدية إلى: • مغناطيسات فائقة التوصيل تعمل عند درجات حرارة منخفضة جدًا -269 c ° استخدام الهيليوم السائل، مما يسمح بإنشاء مجالات مغناطيسية عالية الشدة (1.5-7 تسلا) • مزايا التطور: خفة الوزن، كفاءة الطاقة، وانخفاض التكاليف التشغيلية على المدى الطويل 3

9. جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي : ملفات التدرج المغناطيسي تؤدي ثلاث مجموعات من الملفات (X,Y,Z) الوظائف التالية: تشفير مكاني: توليد تدرجات مغناطيسية (20-100 mT /m) تسمح بتحديد المواقع التشريحية ملفات التردد الراديوي (RF Coils) تصنف حسب المعايير التالية: التصنيف الوظيفي: التطورات الحديثة: مصفوفات متعددة القنوات ( ( Multichannel Array Coils تصل إلى 128 قناة تصميمات تكيفية للتقليل من تأثيرات الجسم B1 Inhomogeneity) ) 3

10. نظام المعالجة الحاسوبية: يشمل: وحدة التحكم: معالجة الإشارات الراديوية خوارزميات إعادة البناء: مثل FFT للتحويل من مجال التردد إلى الصورة وحدات العرض: دقة تصل إلى 2048×2048 بكسل التحديات التقنية: تأثيرات الحركة محدودية سرعة الفحص في التصوير عالي الدقة التفاعلات الكهرومغناطيسية مع الغرسات الطبية تستمر التطورات في هذا المجال نحو تحسين دقة التصوير الزمني والمكاني مع تقليل مدة الفحص، مما يفتح آفاقًا جديدة في التشخيص الطبي الدقيق . 3

11. لمحة تاريخية يمثل التصوير بالرنين المغناطيسي MRI ) ) حصيلة تطور علمي متراكم عبر عقود من البحث، حيث تجسد المراحل الرئيسية التالية هذا المسار التاريخي: الأسس العلمية والتطورات المبكرة (1900-1970) 1924: اكتشاف ظاهرة الرنين المغناطيسي النووي NMR ) ) من قبل وولفجانج باولي 1946: تأسيس المبادئ الفيزيائية الأساسية عبر أبحاث فيلكس بلوخ وإدوارد بورسيل (حاصلان على جائزة نوبل في الفيزياء 1952) 1950-1960: تطور تقنيات القياس الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي مرحلة التحول إلى التصوير الطبي (1971-1980) 1971: قدم بول لاوتربور مفهوم الترميز المكاني باستخدام التدرجات المغناطيسية 1973: نشر أول تصوير تجريبي للأنسجة الحية 1977: تحقيق أول مسح كامل لجسم الإنسان بواسطة رايموند داماديان التطورات التقنية الرئيسية (1980-2000 ) الاعتراف العلمي والتطبيقات الحديثة 2003: منح جائزة نوبل في الطب للاوزربور ومانسفيلد 2010-2020: تطور تقنيات التصوير عالي الدقة (7 تسلا فما فوق) 2020-الآن: تطبيقات الذكاء الاصطناعي في تحليل صور الرنين 4 المبتكر السنة الاختراع لاكسون وآخرون 1984 التصوير ثلاثي الأبعاد مانسفيلد 1987 التصوير السريع (EPI) أوجاو وآخرون 1991 التصوير الوظيفي (fMRI)

12. قيود التصوير بالرنين المغناطيسي : ومع ذلك، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي يواجه بعض القيود العملية، منها: المتطلبات الفيزيائية: الحاجة إلى تجنب وجود أجسام معدنية في جسم المريض (كالغرسات أو الشظايا) بسبب تفاعلها مع المجال المغناطيسي القوي. التحديات النفسية: قد يعاني بعض المرضى من رهاب الأماكن المغلقة (Claustrophobia) بسبب التصميم الضيق لأجهزة MRI التقليدية، رغم تطوير نماذج مفتوحة لتخفيف هذه المشكلة. القيود الزمنية: تستغرق فحوصات MRI وقتًا أطول مقارنةً بالتصوير المقطعي المحوسب، كما أنها تتطلب ثباتًا تامًا من المريض لضمان جودة الصورة. رغم هذه التحديات، تظل تقنية MRI حجر الزاوية في التشخيص الطبي الدقيق، خاصةً في تصوير الأنسجة الرخوة والجهاز العصبي، نظرًا لقدرتها الفائقة على التمييز بين التراكيب التشريحية الدقيقة دون التعرض للإشعاع. 5

13. التصوير بالرنين المغناطيسي تصميم الجهاز ومبدأ العمل البنية الأساسية: أنبوب مغناطيسي ضخم (عادةً بقوة 0.5 إلى 3 تسلا) مع سرير متحرك. - آلية التصوير: يُنشئ المغناطيس مجالًا قويًا يُحاذي بروتونات الهيدروجين في أنسجة الجسم. تُبث موجات راديو مؤقتة لتغيير اتجاه البروتونات. عند إيقاف الموجات، تعود البروتونات إلى وضعها الأصلي مُطلقةً إشارات تُلتقط بواسطة ملفات استقبال. يحوّل الكمبيوتر الإشارات إلى صور مقطعية عالية الدقة. التباين: تُستخدم مواد تباين مثل الجادولينيوم لتحسين وضوح الأوعية الدموية والأنسجة المشبوهة. معلومات الفحص السريري أنواع الأجهزة 6 التفاصيل الجانب 20-60 دقيقة (حسب العضو وعدد المقاطع) المدة إزالة المعادن، الصيام (في بعض الحالات) التحضير يجب البقاء ثابتًا تمامًا لتجنب التشويش الحركة ميكروفون داخلي للتواصل مع الفني أثناء الفحص التواصل الميزات الفئة المستهدفة النوع 70% من الجسم خارج الجهاز المرضى الذين يخشون الضيق قصير الأنبوب تصميم جانبي مفتوح - مرضى الرهاب من الأماكن المغلقة - البدناء (حتى 250 كغ) المفتوح

14. 7. التطبيقات التشخيصية للتصوير بالرنين المغناطيسي: نظرة شاملة التطبيقات في مجال الأورام تصوير الأعضاء الحوضية: تشخيص دقيق لأورام البروستاتا باستخدام تقنية ( multiparametric MRI) تقييم أورام الرحم والمبيضين (خاصة مع التباين الديناميكي) الكشف المبكر عن السرطان: تصوير الثدي التكميلي للنساء عاليات الخطورة (حساسية تصل إلى 90%) مراقبة الاستجابة للعلاج الكيميائي التطبيقات العضلية الهيكلية التطبيقات العصبية تصوير الدماغ: - تشخيص السكتات الدماغية في مراحلها المبكرة (خاصة مع DWI) - تقييم أورام الجهاز العصبي المركزي - تشخيص التصلب المتعدد تصوير النخاع الشوكي: - كشف الانضغاطات والأورام - تشخيص التشوهات الخلقية 7 التطبيقات الرئيسية المنطقة تشخيص تمزقات الأربطة والغضاريف المفاصل تقييم الانزلاق الغضروفي والضغط على النخاع العمود الفقري كشف أورام العضلات والدهون الأنسجة الرخوة

15. التطبيقات التشخيصية للتصوير بالرنين المغناطيسي: نظرة شاملة التطبيقات القلبية الوعائية تقييم: تخطيط الأوعية بالرنين MRA ) ) لاكتشاف : وظيفة البطينين باستخدام cine MRI ) ) التضيقات الشريانية تشوهات الشريان الأورطي أمهات الدم اعتلال عضلة القلب التطبيقات البطنية والحوضية الكبد والسبيل الصفراوي : الجهاز البولي : تشخيص التليف الكبدي تقييم تشوهات الكلى تقييم الأورام باستخدام تقنيات مثل ( MRCP ) تصوير البروستاتا المتعدد المعلمات التطبيقات الوظيفية والمتقدمة الرنين الوظيفي (fMRI) التصوير الانتشاري DTI) ) تتبع المسالك العصبية رسم خرائط الوظائف الدماغية تقييم السكتات الدماغية الحادة التخطيط قبل الجراحات العصبية 7

16. مميزات التصوير بالرنين المغناطيسي: دقة تباين عالية للأنسجة الرخوة عدم استخدام الإشعاع المؤين القدرة على التصوير متعدد المستويات إمكانية التصوير الوظيفي والجزيئي 8 &9 تحديات الاستخدام: التكلفة العالية نسبياً مدة الفحص الطويلة القيود المتعلقة بالغرسات المعدنية الحاجة إلى ثبات المريض خلال الفحص تستمر التطورات التقنية في توسيع نطاق تطبيقات الرنين المغناطيسي، مع ظهور تقنيات مثل الرنين المفتوح والتصوير فائق السرعة، مما يجعله أداة لا غنى عنها في التشخيص الطبي الحديث.

17. دليل المريض الشامل للتحضير لفحص الرنين المغناطيسي التحضيرات الأولية الأدوية والنظام الغذائي: الاستمرار في تناول الأدوية المعتادة ما لم يوصي الطبيب بغير ذلك الصيام غير مطلوب إلا في حالات خاصة (يتم إبلاغ المريض مسبقاً ) الملابس والمقتنيات الشخصية: 10 البدائل المقترحة العناصر الممنوعة ثوب المستشفى القطني الملابس ذات السحابات المعدنية تركها في المنزل أو استخدام خزانة المستشفى المجوهرات والساعات إزالة المكياج المحتوي على معادن مستحضرات التجميل

18. دليل المريض الشامل للتحضير لفحص الرنين المغناطيسي إجراءات ما قبل الفحص الفحص الطبي الأولي: الكشف عن أي غرسات معدنية (صمامات قلب، دعامات، إلخ) تقييم تاريخ الحساسية خاصة للصبغات التباينية للمرضى الذين يعانون من رهاب الأماكن المغلقة: خيارات التهدئة المتاحة (بعد استشارة الطبيب) إمكانية استخدام أجهزة MRI مفتوحة الجوانب أثناء الفحص بيئة الجهاز: أبعاد النفق: قطره 60-70 سم عادةً درجة الحرارة: تتراوح بين 20-22°م مستوى الضوضاء: قد يصل إلى 110 ديسيبل (يتم توفير سدادات أذن) بعد انتهاء الفحص النتائج : وقت استلام التقرير: 24-48 ساعة عادةً 10

19. دليل المريض الشامل للتحضير لفحص الرنين المغناطيسي العودة للنشاط الطبيعي: يمكن استئناف الأنشطة فوراً بعد الفحص العادي في حال استخدام المهدئات: يلزم مرافق للعودة إلى المنزل نصائح عامة للمرضى الوصول مبكراً بـ 30 دقيقة لإجراءات التسجيل إحضار أي فحوصات سابقة ذات صلة إبلاغ الفني بأي مشاكل صحية طارئة الاستفسار عن أي استفسارات قبل بدء الفحص 10

20. 11. تقنية الرنين المغناطيسي النووي أصبح من الممكن اليوم تصوير تدفق الدم والعمليات الأيضية وتركيب الأنسجة باستخدام تقنية الرنين المغناطيسي النووي، والتي تعتمد على الخصائص المغناطيسية لنوى الذرات. وعلى الرغم من أن مبدأ الرنين المغناطيسي كان معروفًا منذ أربعينيات القرن العشرين، إلا أن الأجهزة القادرة على تصوير التركيب الكيميائي للجسم البشري لم تُطور إلا بحلول عام 1980. 12. الأساس الفيزيائي للرنين المغناطيسي النووي: تعد ظاهرة الرنين النووي المغناطيسي (NMR) إحدى الظواهر الفيزيائية التي تعتمد على الخصائص المغناطيسية والميكانيكية الكمومية لنواة الذرة. وتشير هذه الظاهرة إلى مجموعة من المنهجيات والتقنيات العلمية المستخدمة لدراسة الجزيئات من حيث البنية والتشكيل الفراغي. تعتمد هذه الظاهرة على أن الأنوية الذرية التي تحتوي على عدد فردي من البروتونات أو النيوترونات تمتلك عزمًا مغناطيسيًا ذاتيًا وعزمًا زاويًا. ومن أكثر الأنوية المستخدمة في هذه التقنيات: نواة ذرة الهيدروجين ¹ (H) ، وهي الأكثر توافرًا في الطبيعة. نواة ذرة الكربون ( C13 ) كما يمكن استخدام نظائر أخرى، لكن تطبيقاتها أقل شيوعًا. 11 & 12

21. 13. الرنين النووي المغناطيسي في المجال الطبي يُعد الرنين النووي المغناطيسي ( Nuclear Magnetic Resonance ( NMR تقنية ثورية في التشخيص الطبي والبحث العلمي، حيث يعتمد على الخصائص المغناطيسية لنوى الذرات (مثل بروتونات الهيدروجين في جزيئات الجسم). 14. التطبيقات الطبية للرنين النووي المغناطيسي 1.14 التصوير بالرنين المغناطيسي - يُعتبر التصوير بالرنين المغناطيسي أشهر تطبيق طبي لـ NMR ، حيث يُستخدم لتصوير الأنسجة الرخوة والأعضاء الداخلية بدقة عالية بدون إشعاعات مؤينة . 2.14 تشخيص الأمراض الأورام: يكشف عن الأورام السرطانية في الدماغ، الثدي، الكبد، وغيرها. الاضطرابات العصبية: مثل التصلب المتعدد ( MS ) والسكتات الدماغية. أمراض القلب والأوعية الدموية: يُستخدم لتصوير الشرايين وتقييم وظائف القلب. التهاب المفاصل: يُظهر تلف الغضاريف والعظام. 3.14 التحاليل الكيميائية الحيوية - يُستخدم NMR الطيفي لتحليل: التمثيل الغذائي: عبر تحليل مستقلبات الدم والبول. البروتينات والحمض النووي: لفهم تركيبها وديناميكيتها في الأمراض الوراثية 13 & 14

22. 15. الاختلاف بين NMR و MRI 15 MRI الطبي NMR الطيفي المعيار تصوير أعضاء الجسم تحليل الجزيئات في المختبر الغرض جسم الإنسان مركبات كيميائية صغيرة العينة 1.5 – 7 تسلا (تشخيصي) حتى 23.5 تسلا (بحثي) قوة المجال

23. المصادر المصادر المراجع الأجنبية Taha , D.M., Abdulqader , A.T., AlKhawaja , A.M.H., & Mousa , H.A.(2024). Review article about Magnetic Resonance Imaging (MRI). European Journal of Theoretical and Applied Sciences, 2(5), 530-535. DOI: 10.59324/ejtas.2024.2(5).51 المراجع العربية ارديني، مصطفى، (2022) الرنين المغناطيسي النووي، مشروع تخرج، جامعة بابل، العراق .   3. https:// www.mu.edu.sa/sites/default/files/content/2017/04/alraneen.pdf

24. THANK YOU For listening