materiały na sprawdzian 6.03.15

Budowa i działanie RTG
Tytułowe RTG to oczywiścia lampa Rentgenowska. Promienie Rentgena (lub X)
uzyskujemy rozpędzając elektrony do bardzo dużej prędkości a następnie bardzo
gwałtownie je hamując na skutek:
• emisji promieniowania hamowania
• emisji promieniowania charakterystycznego
uzyskujemy promienie X. Poniżzy rysunek przedstawia zasadę działania lampy
Rentgenowskiej:
ruch elektronow
K
A
promienie X
induktor
zr napiecia
Zasrosowania promieni Rentgena:
• badanie struktury krystalicznej ciał stałych
• diagnostyka i terapia medyczna
• prześwietlanie konstrukcji
Jeśli chodzi o diagnostykę medyczną to promienie X służą do prześwietlania ciała
ponieważ pochłanianie tych promieni jest tym większe im większa jest gęstość i
dlatego na zdjęciu Rentgenowskim kości (duża gęstość) wychodzą na biało (brak
zaczernienie kliszy). W terapii medycznej natomiast pormienie X służą przede
wszystkim do naświetleń nowotworów.
Budowa i działanie USG
Aby lepiej zrozumieć działania USG należy najpierw poznać zjawisko Dopplera.
Polega ono na zmianie obserwowanej częstotliwości fali na skutek ruchu źródła
względem odbiornika. Zmiana ta jest następująca:
• zwiększenie się częstotliwości (gdy źródło zbliża się do odbiornika)
14
• zmniejszenie się częstotliwości (gdy źródło oddala się od odbiornika)
Poniższy rysunek ilustruje istotę tego zjawiska
λ
(1)
(2)
(3)
v
v
v=0
o
z
o
z
z
o
Gdy żródło przybliża się do odbiornika następuje widoczne na rysunku „zagęszczenie się fali” czyli wzrost jej częstotliwości; natomiast przy oddalaniu się źródła
od odbiornika „fala się rozrzedza” czyli odbierana jej częstotliwość – maleje.
Ultrasonografia (USG) to nieinwazyjna metoda obrazowania stosowana bardzo
często w medycynie choć jej rodowód wywodzi się z inżynierii materiałowej
(pierwszy ultrasonograf powstał dla wykrywania defektów materiałowych). Pozwala ona na uzyskiwanie obrazów z dokładnością do 0.1mm.
Aparat USG składa się z nadajnika i odbiornika ultradźwięków (podłużnych fal
mechanicznych o częstotliwościach od 2MHz do 50MHz) i wykorzystuje fakt, że
fala odbija się na granicy dwóch ośrodków i wraca do odbiornika. W urządzeniach
medycznych przyjmuje się, że prędkość ultradźwięków jest niezależna od ośrodka
i wynosi 1540 m
s co pozwala na określene odległości od miejsca odbicia się fali.
Rozwinięciem techniki USG jest zastosowania przystawki Dopplerowskiej. Wykorzystując efekt Dopplera umożliwia ona pomiar prędkości przepływu krwi w
naczyniach.
Budowa i działanie tomografu
Tomograf jest urządzeniem w którym dzięki złożeniu wielu przekrojów będących
zdjęciami Rentgenowskimi otrzymujemy dwuwymiarowy lub trójwymiarowy obraz
danego przedmiotu. Metoda ta stosowana jest przede wszystkim w medycynie
choć ma ona także znaczenie w innych dziedzinach techniki.
Podstawą działania tomografu jest twierdzenie austriackiego matematyka Johanna Radona który udowodnił, że obraz dwu lub trójwymiarowy danego
przedmiotu da się jednoznacznie otrzymać z nieskończonej ilości rzutów tego
przedmiotu. W momencie sformułowania tego twierdzenia wydawało się ono zbyt
abstrakcyjne aby mieć praktyczne zastosowania.
15
Zasada działania tomografu polega na wieloktotnym naświetlaniu danej warstwy
pod róznymi kątami i analiza dawek pochłanianych przez poszczególne objętościowe elementy tej warstwy (voxele) i powtarzanie całej operacji dla każdej
warstwy. Metoda ta jest tak złożona obliczeniowo, że dopiero upowszechnienie
się komputerów spowodowało, że jest ona możliwa była konstrukcja tomografów.
Jako ciekawostkę można podać, że pierwsze tego typu urządzenia rekonstruowały
trójwymiarowy obraz tkanek człowieka kilka godzin.
Oprócz tomografi promieniami Rentgena istnieją także tomografie wykorzystujące
do obrazowania innego rodzaju promieniowanie; warto wspomniećo metodzie
PET w której zamiast prześwietlania pacjent otrzymuje preparat zawierający
izotopy promieniotwórcze o bardzo krótkim czasie połowicznego rozpadu.
Zagrożenia związane z badaniem CT:
• wzrost ryzyka chorób powodowanych przez promieniowanie jonizujące, gdyż
pomimo ciągłych udoskonaleń technicznych urządzeń w niektórych przypadkach dawka promieniowania otrzymywanego przy obrazowaniu jest znaczna
• niebezpieczeństwa związane z podawaniem kontrastu do których należą:
– uczulenie i ryzyko wstrząsu anafilaktycznego
– niedostatecznie szybkie wydalanie kontrastu z organizmu w przypadku
pacjentów z niewydolnością nerek
Budowa i działanie MRI
Rezonans magnetyczny (MRI) jest kwantową metodą obrazowania polegającą
na umieszczeniu pacjenta w stałym, silnym polu magnetycznym (100000 razy
silniejszym niż pole magnetyczne Ziemi). W takich warunkach tkanki ulegają
częściowej magnetyzacji i gdy na taką próbkę zadziałamy innym, zmiennym polem
magnetycznym to na skutek efektów kwatowych następuje emisja promieniowania
radiowego którego rozkład jest zależny od budowy badanej tkanki. Sygnał
ten poddany odpowiedniej komputerowej obróbce umożliwia bardzo dokładne
zobrazowanie budowy tkanek w szczególności mózgu; wyróżniamy następujące
rodzaje skanów MRI:
• obrazy T1 zależne
• obrazy T2 zależne
16
• FLAIR
• obrazy dyfuzyjne
Badanie MRI jest jednym z najbezpieczniejszych, nieinwazyjnych badań, ponieważ
nie występuje tu szkodliwe promieniowanie jonizujące. Zagrożenia związane z
badaniem MRI:
• w czasie badania występuje silne pole magnetyczne istnieje zatem niebezpieczeństwo dla osób z metalowymi implantami
• zagrożenia związane podaniem kontrastu, jak dla tomografii
Radioterapia
Radioterapia jest metodą terapii nowotworów polegającą na napromieniowaniu
tkanki nowotworowej promieniowaniem jonizującym. Skuteczność tej metody
wiąże się z tym, że tkanka nowotworowa jest dużo bardziej wrażliwa na napromieniowanie niż tkanka zdrowa. W zależności od sposobu napromieniowania
wyróżniamy:
• brachyterapie - gdy żródło promieniowania znajduje się w bezpośrednim
kontakcie z guzem,
• teleradioterapia - gdy źródło jest w pewnej odległości od guza
Ze względu na stan pacjenta wyróżniamy natomiast radioterapie:
• radykalna - w celu zniszczenia guza
• paliatywna - w celu zmniejszenia bólu gdy wyleczenie nie jest możliwe
• objawowa - w celu zmniejszenia bólu gdy wyleczenie jest możliwe
W zależności od rodzaju promieniowania mamy:
• promieniowanie elektromagnetyczne (X i gamma)
• promieniowanie korpuskularne (protony itp)
Radioterapia jako metoda leczenia nowotworów wyołuje skutki uboczne związane
z oddziaływaniem promieniowania jonizującego na tkanki zdrowe. Ciągły rozwój
techniki powoduje jednak, że są one coraz to mniej szkodliwe. Aby nie być
gołosłownym podam dwie współczesne techniki radioterapii:
17
• gamma knife - polega na celowaniu w guza nie jedną silną wiązką ale wieloma
słabszymi krzyżującymi się w obszarze nowotworu i tylko tam natężenie
promieniowania jest duże
• terapia protonowa - głębokość wnikania protonów w materię zależy od ich
energii, zatem regulując tą energie decydujemy na jakiej głębokości protony
będą jonizowały
Laseroterapia
Laseroterapii używamy najczęściej w następujących dziedzinach medycyny:
1. onkologia
2. okulistyka
3. dermatologia
4. jako skalpel chirurgiczny
Ad.1
Oprócz oczywistego wycinania tkanki nowotworowej są też metody bardziej wyfainowanie, np. fotodynamiczna terapia nowotworów wykorzystująca nietoksyczne
związki światłoczułe stające się toksyczne dla komórek nowotworowych pod
wpływem światła.
Ad.2
W okulistyce światło laserowe ze względów oczywistych stosowane jest zarówno
w diagnostyce jak i terapii w następujący sposób:
• GDX i HRT - zdjęcia siatkówki z bardzo dużą dokładnością
• pomiar szybkości przepływu krwi w naczyniach siatkówki
• korekcja wad wzroku - modyfikacja krzywizny rogówki oka
• usuwanie odrastającej soczewki po wszczepieniu sztucznej soczewki u pacjentów z zaćmą
• laseroterapia jaskry
• „spawanie” odklejonej siatkówki
• aktywacja leków przy leczeniu zwyrodnienia plamki żółtej
18
Ad.3
Oprócz wykorzystania światła laserowego w zabiegach poprawiających mikrokrążenie krwi poprzez podgrzanie zewnętrznych części skóry ciekawy przykłąd
stanowi zabieg w którym odpowiednio dobrzne światło laserowe nie jest absorbowane przez skóre tylko przez homoglobinę w krwi. Powoduje to trwałe zamknięcie
naczyń bez uszkadzania skóry.
Ad.4
Jako skalpel używa się lasera pracującego na dwutlenku węgla, jest on silnie
pochłaniany przez wodę co powoduje miejscowe wypalanie ciała. Zaletą tej
metody jest mniejsze krwawienie operacyjne.
Poniższe cztery tematy mogą budzić kontrowersje, gdyż traktują o globalnym
ociepleniu. W dyskusjach o globalnym ociepleniu niejednokrotnie ścierają się
interesy dużych grup biznesowych przez co podawane przez obie strony informacje
nie muszą być do końca rzetelne.
• Wenus i Ziemia,
• Gazy cieplarnianie,
• Temperatura na Ziemi,
• Efekt cieplarniany a człowiek
Należy także podkreślić że największy wpływ na efekt cieplarniany ma nie
dwutlenek węgla ale para wodna. Ponadto efekt cieplarniany reguluje średnią
temperaturę na Ziemi która nie wynosi −30o C ale +13o C .
Na koniec polecam z zapoznaniem się z opinią geologów
PAN na temat globalnego ocieplenia dostępnym pod adresem:
www.planetaziemia.pan.pl/GRAFa ktual−2009/11S tanowiskoK N
Datowanie izotopowe
Jak wiadomo tempo rozpadu promieniotwórczego określone jest czsem połowicznego rozpadu; jest to czas po którym rozpada się połowa początkowej ilości
materiału promieniotwórczego.
Znajomość czasu połowicznego rozpadu pozwala określić wiek danego materiału
przy założeniu, że nie ma dodatkowych dróg dystrybucji badanego pierwiastka.
19
Oto podstawowe reakcje służące do datowania izotopowego:
•
•
•
•
•
•
•
147
87
Rb →
232
238
40
14
U →
Sr (T 1 = 49Ga, zasięg>100Ma)
2
208
P b (T 1 = 14Ga, zasięg>200Ma)
2
206
P b (T 1 = 4.5Ga, zasięg>100Ma)
2
40
Ar (T 1 = 1, 3Ga, zasięg>100ka)
2
U →
C →
N d (T 1 = 110Ga, zasięg>1Ga)
2
87
Th →
K→
235
147
Sm →
207
14
P b (T 1 = 713M a, zasięg>60Ma)
2
N (T 1 = 5730a, zasięg<40ka)
2
Przy czym ostatnia reakcja ma znaczenie głównie w archeologii.
Termoluminescencja
Termoluminescencja jest to świecenie substancji wywołane przez ogrzewanie
która to substancja została wcześniej pobudzona przez fale elektromagnetyczną
(np. przez światło).
Mechanizm tego zjawiska jest następujący. W niektórych substancjach na skutek
np. defektów sieci krystalicznej tworzą się tzw. pułapki na elektrony, tj. obszary
w których elektron może przebywać bardzo długo (kilka tysięcy lat). Elekton
można umieścić w takiej pułapce poporzez napromieniowanie danej substancji
(jest to tzw. ekscytacja). W wyniku podgrzania, na skutek ruchów termicznych
elektrony wydostają się z pułapek i przechodząc na niższe poziomy energetyczne
emitują światło.
20