close
Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!
Zjistit více

Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!

Seminárka - Fyzika v medicíně

9. června 2008 v 20:42 |  Škola - od SŠ na UNI
Jak jsem slíbila, vkládám sem teď svoji seminárku na PŘ3 (přírodovědný seminář). Je na téma Fyzika v medicíně. Tohle téma jsem původně neměla v úmyslu nějak rozvádět, nakonec jsem si to ale rozmyslela, protože se mi tahle práce bude moná hodit do budoucna :) Takže: 1. část.

Fyzika & Medicína

Záření:

V medicíně se využívají svazky částic (=svazek urychlených protonů nebo iontů) a různé druhy ioniujícího záření. Jak už vyplývá z názvu, tato záření jsou schopná ionizace prostředí, kterým prochází.
Ionizací rozumíme odtržení jednoho nebo více elektronů z atomu (molekuly), které nastává například při vzájemných srážkách při zvýšení teploty. Produkty ionizace jsou tedy elektrony a ionty.Takové elektrony mají dostatečnou kinetickou E,aby mohly ionizovat další atomy prostředí.
Ionizujícími zářeními jsou například alfa, beta, gama, X záření, pozitrony nebo neutrony. Pro začátek tu pro zajímavost najdete tabulku některých druhů záření a jejich využití:
Druhy záření:
Využití:
Rentgenové záření (X)
Rentgenová diagnostika, radioterapie
Záření gama (γ)
PET, brachyradioterapie, radiotrapie
Elektrony, resp. β-
Radioterapie, brachyradioterapie, terapeutické metody nukleární medicíny
Pozitrony, resp. β+
Diagnostické metody nukl. medicíny (pozitronová emisní tomografie)
Těžké nabité částice, lekhé ionty (protony, jádra He,...)
Speciální radioterapie
Neutrony
Speciální radioterapie
Vysvětlení některých pojmů z tabulky :
- Brachyradioterapie = druh léčby zářením (radioterapie), při němž je zdroj záření v úzkém kontaktu s ozařovaným nádorem apod. (zavádí se přímo do tělních dutin atd.)
- Radioterapie = léčebná metoda, která jako součást léčby využívá účinků různých druhů záření. Účelem radiot. je maximální redukce nádorové tkáně při minimálním poškození tkáně zdravé.
Využití záření:
Jednoduše se dá využití záření a svazků částic rozdělit na dvojí uplatnění:
1) Diagnostika
2) Terapie
.
.
Tak tedy.... diagnostikA.

Počátky: Rentgenové paprsky

Kde hledat začátek spolupráce medicíny a fyziky? Historie spojení těchto dvou vědních oborů se nejspíš odvíjí od roku 1895, kdy W.C. Röntgen při studiu elektrického výboje náhodou objevil neviditelné záření.
Neznámé paprsky označil jako paprsky X. Později bylo zjištěno, že jde o elektromagnetické vlny, které díky své velmi krátké vlnové délce jsou schopny prozářit lidské tělo. Bylo také potvrzeno, že Rentgenové paprsky vznikají při interakci rychlých elektronů s hmotou (většinou s kovovým materiálem) a právě tyto objevy byly později využity.
Za objev X - paprsků získal Röntgen jako vůbec první člověk roku 1901 Nobelovu cenuza fyziku.
W.C.Röntgen
Snímek ruky paní Röntgenové ze 22.12.1895 První rentgenový snímek
Snímek ruky paní Röntgenové ze 22.12.1895, první rentgenový snímek
Důležitou vlastností paprsků X bylo, že způsobují zčernání fotografické emulze, což umožňuje vytvořit obraz objektu (tento objev medicína např. pro vyhledávání cizích předmětů v těle, pro zjištění zlomenin atd.). Nevýhodou však bylo (i je), že orgány jsou na RTG znázorněny sumárně (tzn. jejich obrazy se překrývájí). Tento problém byl však vyřešen v 60. letech zavedením počítačů do lékařské diagnostiky.
A dnes se tedy X paprsky často užívají i jako zdroj záření v dalších diagnostických metodách (v tzv. rentgenologických vyšetřeních).
Pár obrázků...
Obrázek “http://www.pwmi.jp/tosyokan/photo/rentgen.jpg” nelze zobrazit, protože obsahuje chyby.Obrázek “http://www.hercules.pl/images/rentgen_szczeki.jpg” nelze zobrazit, protože obsahuje chyby.Obrázek “http://www.donses.ru/images/rentgen.jpg” nelze zobrazit, protože obsahuje chyby.
.

Princip X-paprsků

àAbychom mohli navázat na dalších metody, musíme nejdřív pochopit princip X-paprsků:
Zdrojem X-záření je speciální vakuová elektronka (rentgenka), jejíž žhavená katoda emituje (= vysílá) e- , které jsou přitahovány k rotační anodě a urychlovány silným elektrickým polem na energii 20-200 keV (kiloelektronvolt).
Po kontaktu e- s hmotu anody dochází kvůli postupnému tření a elastickým nárazům na jiné elektrony k brždění elektronů a k vyzáření části Ek (kinetické energie).
Takto vzniklé záření obsahuje celé elektromagnetické spektrum - většinu tvoří infračervené záření a menší podíl tvoří právě rentgenovo záření, které je emitováno z anody přes speciální filtr (z hliníkového plechu) do prostoru.
Spektrum elektromagnetického záření
Elektromagnetické spektrum...
.
A teď pryč od Rentgenových paprsků k dalším metodám...
V oblasti diagnostiky se v posledních letech uplatňují, jak už bylo řečeno, zcela nové fyzikální principy zobrazení a s tím související moderní techniky. Jedná se o zobrazování pomocí počítačové tomografie (CT),pozitronové emisní tomografie (PET), (PET/CT) a jaderné magnetické rezonance. A právě na tyto techniky jsem se zaměřila v následujících kapitolách (už i třeba proto, že lidé tyto termíny často slýchávají v televizi a neví, co se pod tím představit).
.
.
.
.
Počítačová (computerová, rentgenová) tomografie, "CéTéčko" či lidově "tunel" patří, jak už bylo řečeno, mezi rentgenologická vyšetření, které trvá od 10 do 20 minut. Kombinuje RTG s počítačovou technologií a umožňuje tedy snímat vyšetřovanou osobu rentgenovými paprsky z několika odlišných úhlů zároveň.
CT má velké rozlišení a snímek se samozřejmě neexponuje na rentgenový film (jako prostý RTG snímek), ale je matematicky spočítán a zobrazen do nejmenších detailů. I díky tomu umožňuje zachytit detail o velikosti 5 milimetrů. Zobrazuje tělo v jednotlivých vrstvách, jakoby rozřezané na tenké plátky. Lékař tedy může přesně lokalizovat všechny procesy. Kromě velikosti se ale také dozví, jaký je jejich vztah k ostatním orgánům a moderní přístroje vedle klasických řezů umožňují zobrazit i trojrozměrné modely vyšetřovaných částí těla. (Navíc začátkem 80. let bylo vynalezeno spirálníCT, které kombinuje posuv pacienta a rotačnípohyb rentgenky.)
CT tak dokáže odhalit to, co je jinými způsobem obtížně zjistitelné (např. zánět, krvácení). Nejčastěji se ale CT využívá k diagnostice změn mozku, kostí lebky, páteře, hrudníku a břišních a pánevních orgánů. Své důležité místo má při odhalování úrazových změn a nádorů.
Přístroj se skládá z prstence, na kterém jsou zdroje záření (rentgenky), které vysílají X - paprsky (viz. str. 2,3), a snímače (detektory), které se nacházejí proti každé rentgence a které záření převádí na signál pro napojený počítač. Ten získané informace vyhodnocuje a matematicky z nich skládá výsledný obraz.
Prstenec je také napojen na ovládací pult, jenž umožňuje nastavit zobrazovanou oblast, vlastnosti záření, posun prstence, šířku řezů a vybrat snímky k tisku.
.
Při některém vyšetření může někdy lékař požadovat tzv. vyšetření s kontrastem. Je to hlavně kvůli přehlednějšímu zobrazení. Tato metoda se využívá například při vyšetřování jater, žlučníku a ledvin. Kontrastní látku dostane pacient rozmíchanou ve vodě, kterou v pravidelných intervalech vypije, nebo se vpraví rovnou do žíly. (Vybírají se takové látky, které mají větší hustotu než okolní tkáně, aby jimi naplněné orgány byly na snímku dobře viditelné.) Látka se během krátké doby beze zbytku z těla odbourá.
Historie: Tuto moderní vyšetřovací metodu představil v roce 1973 britský inženýr Godfrey Hounsfield, který spolu s A.M.Cormackem zrekonstruoval tomografický řez reálným objektem. (Za to jim byla roku 1979 udělena Nobelova cena.)
Jako alternativa CT může být například vyšetření ultrazvukem nebo magnetická rezonance (o které bude řeč později).
.
.
.
Pozitronová emisní tomografie (PET) se používá při zjišťování zhoubných nádorů. Pacientovi se nitrožilně nebo vdechováním aplikuje do krevního oběhu malé množství glukózy (cukru) s radiofarmakem, které má velmi krátký poločas rozpadu (řádově minuty
a desítky minut, což může být někdy nevýhoda, protože se tato látka musí připravovat na urychlovači částic - např. ve výzkumných ústavech v Řeži u Prahy - několik hodin před vyšetřením a urychleně dopravit na místo vyšetření).
Radiofamaka jsou látky, která se v organismu metabolizuje jako neradioaktivní. Díky technice lze sledovat pohyb a rozložení radiofarmaka v organismu.
Glukóza se více spotřebovává ve tkáních, které potřebují více energie (tedy i v nádorech, které mají při rychlém růstu velkou spotřebu glukózy) a v takových místech se pak hromadí i použitá radioaktivní látka. Dojde tam k interakci pozitronu s hmotou - tzn. pozitron reaguje s elektronem a společně anyhilují; pozůstatkem je anyhilační záření, 2 fotony o energii 511 KeV, které se ve stejný okamžik "rozletí" v opačných směrech (v úhlu 180 stupňů) do okolního prostoru a dopadnou na dva protilehlé detektory (PET může mít stovky až tisíce detektorů uspořádaných asi do 16 prstenců, které jsou poskládány do řad). Při současném dopadu dvou fotonů lze potom určit tzv. koincidenční přímku, a následně přesnou polohu nádoru v průsečíku příslušných koincidenčních přímek.Nastřádaná data použije počítač pro tvorbu obrazu.
Jako radiofarmaka se používají například tyto látky: značená amino-kyselina (11C-methionin nebo 18 F-fluoro-ethyl--tyrozin), značený cholin, značený acetát, značený thymidin, FDG (2-(18F)fluoro-2-deoxy-D-glukózy).
PET se používá především v případech, kdy na jiném zobrazovacím vyšetření nelze rozeznat povahu ložiska (např. nádor oproti jinému onemocnění). V nemocnicích ji užívají tato oddělení:
Onkologie > stanovení diagnózy a stádia a rozsahu onemocnění, zhodnocení účinnosti protinádorové léčby...
Neurologie > při rozlišení Alzheimerovy choroby od vaskulární demence, při epilepsii, při Parkinsonově chorobě
Kardiologie > Ischemická choroba srdeční, by-pass, vitalita srdečního svalu.
V České republice se specializované pracoviště PET nachází v Brně (Masarykův onkologický ústav) a v Praze (Nemocnice Na Homolce).
http://www.shimizu-sunpu.jp/innai/img/1f_ct.jpg
.
.
.
— Číselná zajímavost
Komplikovanost a dokonalost zařízení mohou naznačit následující údaje: v detektoru se nachází cca. 10 000 detekčních krystalů, dopady fotonů se zaznamenávají s časovým rozlišním 12 miliardtin sekundy. Během sekundy se zaznamená několik set tisíc koincidenčních přímek.
PET/CT
Toto zařízení je naprosto unikátní. Kombinuje totiž výhody PET a CT. Pacient je zobrazen oběma způsoby během jednoho vyšetření, ve stejné poloze, na stejném stole. Série "obrázků" se zobrazuje promítnutím barevné stupnice obrazu jedné metody (PET) do šedé stupnice druhé metody (CT). To je další výhoda a předpoklad pro určení správné diagnózy.
http://new.hanilmed.co.kr/centerinfo/images/pet_5.gifhttp://www.kochi-ms.ac.jp/~hsptl/pet/image/pet-ct_pic03_2.jpg
 

4 lidé ohodnotili tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama