Biofizica Si Imagistica Medicala
March 1, 2017 | Author: Vlad Roxana | Category: N/A
Short Description
AMG...
Description
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
CUVÂNT ÎNAINTE Suportul de curs se adresează elevilor din Şcoala Postliceală FEG Bacău, anul I, pentru pregătirea generală, calificarea: Asistent medical generalist. Obiective generale: -fixarea şi aprofundarea unor noţiuni de bază din domeniul biofizicii și a însuşirii calităţilor necesare unei activităţi practice de măsurare, control şi verificare în laborator; -dobândirea cunoştinţelor generale necesare folosirii unor metode fizice de măsură; -asimilarea unor noţiuni necesare înţelegerii unor procese fiziologice şi farmacologice din organismul uman. Obiectivele disciplinei: -Teoretice: însuşirea principiilor fizice ale unor metode de studiu utilizate in medicină; înţelegerea aspectelor biofizice ale proceselor şi structurilor din organism şi ale acţiunii factorilor fizici asupra organismului. -Practice: deprinderea şi înţelegerea lucrului cu o serie de aparate (utilizate în laboratorul clinic) și a erorilor care pot sa apară în relație cu pregătirea probelor; studiul unor procese din organism pe modele biologice sau fizice sau prin alte metode experimentale. Tematica abordată: 1.Noțiuni generale; 2.Biofizica celulară- Membranele biologice, biomecanică, termodinamică, bioelectricitate; 3.Biofizica sistemelor complexe- Bioacustică, optică biologică; 4.Bazele fizice ale imagisticii medicale- Imagistica cu raze röentgen: röntgendiagnostic, radioscopia, radiografia; 5.Tehnici radiologice speciale- Radioscopia televizată, Tomografia computerizată (CT), Imagistică prin rezonanță magnetică(IRM sau RMN), ecografia, substanţe de contrast, radioterapia. Anexe 1.Biofizica moleculară- Noţiuni de fizică moleculară a lichidelor, biofizica moleculară a apei. 2.Ghid de utilizare a examenelor radiologice şi imagistice medicale.
1
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
1. NOȚIUNI GENERALE Definiție. Descrierea caracterului interdisciplinar. Noțiunea de sistem biologic Biofizica studiază diferite procese și fenomene care au loc într-un organism viu și stabilește legi între diferite mărimi fizice, ea fiind o știință de graniță cu caracter interdisciplinar, având relație cu biologia, fizica, chimia, biochimia și matematica. Domenii ale biofizicii: a) Biofizica moleculară studiază proprietățile moleculelor, substanțelor care alcătuiesc materia vie și fenomenele la care iau parte acestea; b) Biofizica celulară studiază aspectele mecanice(biomecanica), aspectele electrice (bioelectricitatea) și aspectele termice(termodinamica). Se ocupă de comportarea din punct de vedere fizic a celulelor individuale: limfocite, eritrocite, neuroni și fibre musculare; c) Biofizica sistemelor complexe: fenomenele fizicii ce intervin în recepția auditivă, vizuală, în funcția neuronilor și în contracția musculară. Procesele biologice sunt produse cu ajutorul unor procese chimice și fizice ale vieții, pe care le studiază atât biochimia cât și biofizica. Biofizica este de mare utilitate, atât pentru studiile fiziologice, ea analizând la nivel molecular și submolecular, procesele fiziologice și este necesară pentru întelegerea proceselor biofizice și biochimice. d) Biofizica medicală studiază aplicațiile fizicii în diagnosticare. Materia vie se prezinta sub forma unor unor organisme sau indivizi. Biosfera nu are un caracter continuu, ci unul discontinuu, fiind alcatuită din indivizi distincți, din unități distincte, capabile de viața autonomă; pot fi descompuse mintal sau artificial în subsisteme cum sunt: aparate anatomice, țesuturi, organe, celule, particule celulare, macromolecule, molecule și atomi. Sunt unități din ce în ce mai elementare și care corespund totodată diferitelor nivele de organizare a materiei vii. Sistemul fundamental este celula, dar nu numai din considerente embriologice și morfologice, ci și din considerente biofizice și biochimice. Fiecare nivel de organizare structurală are și legile sale proprii după care se comportă, ceea ce înseamnă că biofizica studiază diferitele nivele ale materiei vii. Sistemele vii sunt într-o continuă evoluție și deosebim o evoluție ontogenetică( proces de dezvoltare a ființei vii de la embrion la stadiul de adult) și o evoluție filogenetică( evoluția formelor organice, a unor specii de animale sau plante din momentul apariției vieții pe pământ). Prin sistem întelegem un ansamblu structurat de corpuri care interacționează reciproc și este delimitat în spațiu, denumit mediu extern, în care se petrec toate procesele. Prin sistem biologic, întelegem un ansamblu de structuri moleculare, atomice, ioni și supramolecule structurate și adaptate în vederea realizării unor funcții. În sistemul biologic se produc procese care, din punct de vedere al naturii lor, sunt procese fizice și chimice. 2
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
2. BIOFIZICA CELULARĂ MEMBRANELE BIOLOGICE Se definesc ca fiind ansambluri compuse din proteine şi lipide care formează structuri continue bidimensionale, cu proprietăţi caracteristice de permeabilitate selectivă, prin care se realizează compartimentarea materiei vii. 1.Structură şi proprietăţi Funcţiile pe care le îndeplineşte membrana sunt următoarele: -delimitează celula (organitele celulare) de mediul exterior; -prezintă permeabilitate specifică pentru ioni şi unele macromolecule; -constituie locul unor reacţii enzimatice. 2. Compoziţia biochimică a membranelor biologice Principalele componente ale membranelor biologice sunt: -proteinele (60-80 %) conferă funcţionalitatea membranei. Au rol în transportul activ, îndeplinesc funcţii enzimatice sau de receptori. - lipidele(40-20 %) (resturile glucidice sunt întotdeauna ataşate proteinelor sau lipidelor) asigură funcţia de barieră a membranelor; -alte componente minore (ioni, apă, transportori) (insuficient studiate cantitativ). 3. Caracteristicile fizice ale membranelor biologice Fluiditatea membranelor→ mobilitatea lor. Transportul prin membranele biologice Transportul pasiv: -Difuziunea simplă prin bistratul lipidic: un exemplu de difuziune simplă prin bistratul lipidic este pătrunderea substanţelor liposolubile conform coeficientului de partiţie între ulei şi apă(cu cât coeficientul de partiţie are valoare mai mare, cu atât substanţa este mai liposolubilă şi pătrunde mai repede în celule); -Difuziunea simplă mediată de polipeptide: un exemplu îl constituie transportul ionilor prin polipeptide produse de microorganisme care sunt numite ionofori. Ionoforii produşi de microorganisme sunt antibiotice(împiedică dezvoltarea altor microorganisme). Ele sunt arme de apărare ale unor microorganisme împotriva altora; -Difuzia facilitată: se produce de la o concentraţie mai mare la una mai mică şi se opreşte în momentul egalizării concentraţiilor de cele două părţi ale membranei, dar substanţele trec mult mai rapid (de aproximativ 100.000 de ori), decât ar fi de aşteptat pentru dimensiunea şi solubilitatea lor în lipide. Transportul activ se realizează cu consum de energie, de la o concentraţie mică spre o concentraţie mare. 3
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
BIOMECANICA Mecanica studiază formele cele mai simple de mişcare ale materiei. Noţiunea de mişcare, de deplasare a corpurilor cere existenţa unei poziţii de unde începe mişcarea, adică a poziţiei de repaus. Cinematica studiază mişcarea pe difeite traiectorii în raport cu timpul şi independent de cauzele care provoacă mişcarea. Dinamica studiază mişcarea corpurilor legată de cauzele care o produc, adică de forţe. Statica studiază echilibrul corpurilor asupra cărora acţionează diferite forţe, precum şi mijloacele de realizare a echilibrului. Cinematica umană Locomoţia umană se face sub formă de mers, alergare sau săritură. Ea se caracterizează prin faptul că, la un moment dat picioarele se ridică de la sol: -unul cîte unul; -amîndouă odată; -într-o anumită fază a deplasării. Mersul Se compune dintr-o serie de perioade de spijin ale corpului pe un singur membru inferior, despărţite de perioade de sprijin pe ambele membre inferioare. Faza de sprijin unilateral are loc în cea mai mare parte a timpului, adică atunci cînd corpul se sprijină pe un singur picior. Sprijinul dublu este atunci cînd piciarele se află în acelaşi timp pe sol. În faza de sprijin unilateral se distinge: - pasul posterior, cînd piciorul oscilant se află în urma celui de sprijin; - pasul anterior, cînd piciorul oscilant se află înaintea celui sprijinit. În deplasarea sa, corpul uman execută şi alte mişcări: -oscilaţii verticale; -oscilaţii transversale; -oscilaţii longitudinale. Alergarea Se caracterizează prin faptul că în nici un moment picioarele nu se află pe sol amîndouă odată. La o anumită viteză apare un interval în care corpul nu are contact deloc cu solul. Alergarea se compune dintr-o serie de perioade de sprijin, alternate prin perioade de suspensie. În alergare, picioarele sunt în flexie. Săritura Constă în deplasarea cu ambele picioare odată, fazele de sprijin ale picioarelor pe sol fiind separate de aflarea concomitentă a picioarelor în aer.
4
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Legile paşilor - lungimea medie a pasului normal este mai mare la bărbat(63 cm) decît la femeie(50); - la ambele sexe pasul drept este mai mare ca pasul stâng; - depărtarea laterală a picioarelor în timpul mersului este mai mică la bărbaţi (11-12 cm) decât la femei (12-13 cm); - lungimea pasului creşte cu frecvenţa, pînă la o cadenţă de 75 paşi pe minut; la o cadenţă mai mare lungimea pasului scade; - viteza mersului creşte cu frecvenţa paşilor, pînă la o cadenţă de 85 paşi pe minut; la o cadenţă mai mare viteza descreşte. Dinamica corpului uman Inerţia este o proprietate generală a tuturor corpurilor. Legea inerţiei sau legea fundamentală a dinamicii a fost formulată de Newton: un corp îşi păstrează starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă, atîta vreme cît acţiunea altor corpuri nu-l obligă să-şi modifice starea sa. Influenţa unor corpuri asupra altora se manifestă cu ajutorul unor forţe. Gravitația este forţa pe care o exercită pămîntul asupra corpurilor din jurul lui. Astfel, orice corp aflat sub influenţa gravitaţiei, în cazul în care nu intervin alte forţe, cade spre pămînt. Centrul de greutate al oricărui corp se află la intersecţia a cel puţin trei plane, faţă de care se compensează momentele forţelor de gravitaţie. La corpul uman centrul de greutate depinde de poziţia corpului, a membrelor, de încărcarea lor. Astfel se determină trei plane: unul orizontal, unul frontal şi unul median antero-posterior, iar centrul de greutate se află la intersecţia acestor trei plane. Statica corpului uman Statica studiază echilibrul, adică starea în care se află un corp solicitat de mai multe forte, care-şi anulează reciproc efectele. Astfel, considerînd echilibrul unui corp asupra căruia acţionează numai gravitaţia, se deosebesc: - echilibrul de suspensie cînd corpul este mobil în jurul unei axe de rotaţie; - echilibrul de sprijin cînd corpul se află pe un plan cu care are contact printr-o bază de susţinere. În oricare caz există trei moduri de echilibru: stabil, nestabil şi indiferent. Pîrghiile Acţiunea pîrghiilor se bazează pe echilibrul a două forţe: forţa pasivă şi forţa activă. În corpul uman, există peste 200 de pîrghii osoase. Pîrghiile sunt: -genul I sau de echilibru: trunchiul în picioare; -genul II sau de forţă: dinţii incisivi şi canini; -genul III sau de deplasare: antebraţul în flexie cînd flexorii se contractă. În corp se întîlnesc de cele mai multe ori pîrghii de genul III. 5
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Mecanica inimii Sângele circulă în vasele sangvine, fiind propulsat de inimă în aparatul cardio-vascular, energia fiind transmisă sângelui de contracţiile inimii. Inima este principalul organ propulsor al sîngelui. Circulaţia este condiţionată de contracţiile rimice ale inimii, alternate cu relaxarea ei. În medie, frecvenţa contracţiilor inimii este 70/min la bărbaţi şi 80/min la femei, iar la copii frecvenţa este mai mare. Mecanica vaselor sanguine Inima aruncînd intermitent la fiecare sistolă o cantitate de sânge în artere, ar trebui ca regimul de curgere prin vase să fie şi el intermitent. Dar, datorită elasticităţii vaselor, sângele curge continuu şi deci se măreşte debitul sângelui în vase. Presiunea pe care contracţia ventriculară o dă sângelui, se transmite cu o valoare din ce în cemai redusă, cu cît se depărtează de regiunea de propulsare(inima) spre periferie(capilare). Presiunea sângelui este în medie 120-130 torri în aortă, 100-120 torri în carotidă, jugulară, femurală, radială, şi 70-90 torri în arterele mici. În capilare, presiunea este 10-30 torri. În vene, fenomenul este în sens invers, viteza de circulaţie în vene creşte pe măsură ce sângele se apropie de inimă. Presiunea mai depinde de fluiditatea sângelui. Presiunea arterială este cea mai importantă mărime pentru controlul şi diagnosticul tulburărilor în funcţionarea aparatului cardiovascular. Metoda de determinare a presiunii arteriale se bazează pe echilibrarea acesteia cu ajutorul unei presiuni exterioare. Aceasta se realizează exercitînd o presiune prin ţesuturi, asupra unei artere care trece pe un plan rezistent, până se opreşte circulaţia în acel loc. Astfel, se citeşte pe manometru presiunea exterioară necesară pentru a opri circulaţia şi se consideră că reprezintă presiunea sistolică a sîngelui în artera comprimată. Aparatele pentru măsurat se numesc tensiometre. Palparea arterei dă la fiecare bătaie a inimii, o senzaţie caracteristică, datorită deformaţiei elastice a arterei sub influenţa trecerii undei sanguine, numită puls.
6
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Mecanica respiraţiei Respiraţia este actul reflex care procură oxigenul necesar organismului şi mai ales muşchilor care sunt cei mai mari consumatori de oxigen. Respiraţia constă dintr-o mişcare alternativă de mărire şi micşorare a volumului cutiei toracice, realizată în doi timpi: inspiraţia şi expiraţia. Inspiraţia este un fenomen activ care se face cu efort muscular, prin mărirea toracelui în diferite direcţii. Prin urmare, plămînii se dilată, presiunea se micşorează, astfel aerul pătrunde în alveole. Expiraţia se face normal, fără efort muscular, coastele se lasă în jos, diafragmul se relaxează. La expiraţia forţată participă muşchii toracici şi abdominali. Mecanica contracţiei musculare Musculatura- element activ care controlează deplasarea structurilor osoase şi mişcările altor structuri. Mişcările datorate muşchilor se bazează pe capacitatea fibrelor musculare de a utiliza energia chimică procurată în procesele metabolice, de a se scurta şi de a reveni la dimensiunile iniţiale. Muşchiul striat este alcătuit dintr-un mănunchi (sute, chiar mii) de fibre musculare. Contracţia fibrei musculare implică trei etape succesive: 1. excitaţia fibrei; 2. cuplajul excitaţie- contracţie; 3. contracţia propriu- zisă a fibrei. Tipuri de contracţie Muşchiul dezvoltă o forţă de contracţie egală şi de sens contrar forţei căreia i se opune. În funcţie de mărimea acestei forte, muşchiul se poate scurta, alungi sau poate păstra aceeaşi lungime. Contracţie izotonică - muşchiul se contractă contra unei forţe exterioare constante (ridicarea unei greutăţi). Contracţie neizotonică - forţa variază ca mărime( întinderea unui resort). Contracţie izometrică- contracţie în care lungimea muşchiului nu se modifică, dar tensiunea în el creşte. Forţa dezvoltată este egală cu cea care trebuie învinsă. Muşchiul nu efectuează lucru mecanic(contracţia posturală sau pentru susţinerea unui obiect). Contracţia tetanică - Prin stimulare cu un impuls unic, muşchiul se contractă sub forma unei secuse unice (intervalul între stimuli trebuie să fie mai lung decât timpul necesar contracţiei şi relaxării); la stimulare repetitivă cu o anumită frecvenţă, peste o limită dată, contracţiile individuale fuzionează într-o contracţie unică -contracţie tetanică. TERMODINAMICĂ Termodinamica se ocupă cu studiul fenomenelor termice, a stărilor de echilibru ale sistemelor fizicochimice. Pentru a caracteriza stările de echilibru, termodinamica operează cu o singură mărime specifică – temperatura.
7
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Transportul căldurii în organism -Organismul uman produce căldură, care se transmite din centrul corpului spre suprafaţă, iar de aici spre mediul exterior; -Cantitatea de căldură şi temperatura din interiorul organismului diferă de la un organ la altul; -Căldura este transportată din locurile cu temperatura mai ridicată spre cele cu temperatura mai scăzută prin conducţie şi convecţie; -Conductibilitatea termică a ţesuturilor este redusă, mai ales a celor groase, astfel încât rolul principal în transportul căldurii îl constituie sângele; -Transmiterea căldurii prin intermediul sângelui este favorizată şi de căldura lui specifică mare, fiind aproximativ egală cu cea a apei; -Transmisia căldurii spre exterior se realizează prin conducţie, convecţie, radiere şi evaporarea apei prin transpiraţie; -Transmiterea căldurii prin conducţie, convecţie şi radiere reprezintă aproximativ 70 – 80 % din totalul căldurii transmise mediului exterior, iar prin evaporare se cedează 20 – 30 % din aceasta; -În condiţii de efort fizic, pierderea de căldură prin evaporare este de 60–70 % din totalul căldurii. În cazul muncilor fizice grele, corpul poate pierde 4 –12 l apă prin evaporare, ceea ce reprezintă o cedare considerabilă de căldură; -Din cauza aderării unui strat de aer de circa 4 – 8 mm la suprafaţa pielii, numit strat marginal, corpul se va opune cedării căldurii prin curenţii de convecţie şi conducţie. Grosimea acestui strat scade atunci când corpul este în mişcare. Măsurarea temperaturii În funcţie de starea corpurilor, căldura se propagă diferit: - în solide, se propagă prin conductibilitate trecînd de la un strat de molecule la cel vecin, ca nişte lame elementare; - în lichide, se propagă prin convecţie adică prin curenţi de lichid; - în gaze, se propagă şi prin convecţie şi prin radiaţie. Cînd se măreşte energia termică a unui corp, acesta poate suferi unele transformări: modificări de volum, schimbări ale stării se agregare, transformări chimice. Temperatura reprezintă nivelul termic al unui corp, adică starea sa de încălzire sau răcire. Pentru măsurarea nivelului termic se folosesc aparate numite termometre, iar unitatea de măsură este gradul. Temperatura corpului omenesc -Se măsoară cu ajutorul termometrului medical, care are drept corp termometric mercurul. La încălzire, mercurul din rezervor dilatîndu-se prin energia termică căpătată, trece în capilar. Temperatura se ia în axilă de cele mai multe ori, se ţine 8-10 min şi se citeşte indicaţia.
8
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
-Termometrele digitale nu trebuie scuturate, nu se sparg şi anunţă printr-un semnal acustic atunci când au măsurat temperatura, în mai puţin de un minut. Uneori, termometrele digitale nu sunt bine calibrate şi pot exista variaţii de temperatură. -Temperatura se mai poate lua bucal, rectal sau vaginal. -Termometru Digital cu Infraroșu pentru Frunte- măsoara temperatura în 2 secunde, fără contact direct. În mod normal valorile medii sunt 37 axilar şi 37,5 rectal. La copii nou născuţi, temperatura este mai mare dar coboară la normal după cîteva zile. Temperatura este influenţată de activitatea musculară şi nervoasă, de temperatura exterioară, etc. În mod normal corpul omenesc îşi poate menţine temperatura aproape constantă, chiar dacă mediul ambiant are o temperatură variabilă, aceasta fiind realizată cu ajutorul unor mecanisme fiziologice termoreglatoare.
Termoreglarea Căldura este rezultanta echilibrului dintre procesul de producere a energiei termice în organism şi pierderile de căldură care se produc prin radiaţie, evaporarea la nivelul pielii, precum şi evaporarea la nivelul mucoasei pulmonare. Termoreglarea se realizează prin: - reglarea producerii de căldură; - reglarea pierderii de căldură. Aceste două procese se desfăşoară după rapotrul dintre temperatura organismului şi cea a mediului extern: -cînd în mediul extern temperatura este apropiată de cea corpului, pierderile de căldură se compensează prin furnizarea de căldură de către arderile din organism; -în mediile cu temperatură scăzută, organismul luptă împotriva frigului prin: haine călduroase şi prin intensificarea combustiilor pentru producerea de căldură; - cînd teperatura externă este mare, organismul luptă prin procese de evaporare a apei (transpiraţie).
9
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Legile termodinamicii Principiul I Cantitatea de căldură schimbată de un sistem cu exteriorul, în cursul unei transformări între două stări se regăseşte pe e o parte în lucrul mecanic realizat şi pe de altă parte în variaţia energiei interne a sistemului. Acest principiu reprezintă conservarea energiei în cursul transformării de stare. Aplicaţie: Legea conservării energiei este valabilă în toate procesele, inclusiv în cazul sistemelor vii. Sursa principală de energie în organism o reprezintă procesele de degradare a substanţelor alimentare. Rolul principal îl constituie reacţiile de oxidare ale carbonului şi hidrogenului (85%), reacţiile de hidroliză (14%), neutralizări, hidratări, scindări moleculare etc (1%). Cedarea de energie de către organism se face sub formă de lucru mecanic, căldură, evaporarea apei. Principiul II indică sensul unui proces termodinamic natural- trecerea căldurii de la un corp cu o anumită temperatură, la altul cu o temperatură inferioară. Este un proces ireversibil.
BIOELECTRICITATEA Electricitatea statică Studiază starea de electrizare şi acţiunile reciproce ale corpurilor electrizate. Corpurile electrizate cu sarcini de același semn se resping, iar cele electrizate cu sarcini de semne contrare se atrag. Un corp electrizat are o sarcină electrică. O sarcină electrică nu se creează şi nici nu se pierde, ci se transmite de la un corp la altul. Corpurile care conduc cel mai bine electricitatea sunt: - metalele care sunt conductori de categoria I, pentru că deplasarea sarcinilor electrice nu este legată de schimbarea proprietăţilor chimice ale substanţei; - electrolitele sunt conductori de categoria II, deoarece deplasarea sarcinilor este legată de modificări chimice. În jurul unui corp încărcat electric, spaţiul în care se constată acţiunea forţelor electrice se numeşte cîmp electric. Electricitatea fiziologică Materia vie este caracterizată de modificarea însuşirilor ei în funcţie de condiţiile de mediu.Această însuşire se numeşte excitabilitate, iar factorii care provoacă aceste modificări se numesc excitanţi. În dezvoltarea lor, unele ţesuturi au căpătat proprietăţi specifice: contractilitatea, secreţia, manifestate prin excitaţie. Prin stimularea unui muşchi se obţine o contracţie. Excitabilitatea electrică a muşchilor şi nervilor se caracterizează prin doi parametri: - reobaza adică pragul fundamental, intensitatea minimă a unui curent continuu care produce contracţia musculară; - cronaxia adică timpul minim necesar de producere a contracţiei musculare, utilizînd un curent cu o intensitate dublă cu cea a reobazei. 10
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
3. BIOFIZICA SISTEMELOR COMPLEXE BIOACUSTICĂ Acustica studiază anumite vibraţii ale corpurilor materiale, care se reflectă în simţuri sub formă de sunet. Urechea umană este sensibilă pentru sunete alcătuite din vibraţii cu frecvenţa între 16 şi 20000 perioade pe secundă (herţi). Sunetul Sunetul este un fenomen fizic care stimulează simțul auzului. La oameni, auzul are loc când vibrațiile de frecvențe între 15 si 20.000 de hertzi ajung la urechea internă. Hertzul, sau Hz, este unitatea de masură a frecvenței egală cu o perioadă pe secundă. Astfel de vibrații ajung la urechea internă când sunt transmise prin aer și sunetul este restricționat. Sunetele cu frecvențe mai mari de 20.000 Hz sunt numite ultrasonice. În general, undele se pot propaga transversal sau longitudinal. În ambele cazuri, doar energia mișcarii undei este propagată prin mediu; nici o parte din mediu nu se mișcă prea departe. O undă sonoră este o undă longitudinală. În timp ce energia mișcarii undei se propagă în exteriorul sursei, moleculele de aer se miscă în față și în spate, paralel la directia de mișcare a undei. Așadar, o undă sonoră este o serie de compresii și extensii alternative ale aerului. Fiecare moleculă dă energie moleculei vecine, dar după ce unda sonoră a trecut, fiecare moleculă rămâne în aceeași pozitie ca la început. Amplitudinea Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum. Distanța maximă pe care o unda o parcurge de la pozitia normală, sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de mișcare în moleculele de aer ale unei unde. Când gradul de mișcare în molecule crește, acestea lovesc urechea cu o forță mai mare. Din cauza aceasta, urechea percepe un sunet mai puternic. O comparație de unde sonore la amplitudine scazută, medie și înaltă demonstrează schimbarea sunetului prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeași frecvență și ar trebui să sune la fel, doar că există o diferență perceptibilă în volum. Amplitudinea unei unde sonore este gradul de mișcare al moleculelor de aer din undă. Cu cât amplitudinea unei unde este mai mare, cu atât moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii și sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimată în unități măsurând distanța pe care se întind moleculele de aer, sau diferența de presiune între compresie și extensie ale moleculelor, sau energia implicată în proces. Când cineva vorbeste normal, de exemplu, se produce energie sonoră la o rată de aproximativ o sută de miime dintr-un watt. Toate aceste măsuratori sunt extrem de dificil de făcut și intensitatea sunetului este exprimată, în general, prin compararea cu un sunet standard, măsurat în decibeli. Caracteristici fizice Orice sunet simplu, cum ar fi o notă muzicală, poate fi descrisă în totalitate, specificând trei caracteristici perceptive: înălțime, intensitate și calitate (timbru). Aceste caracteristici corespund 11
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
exact cu trei caracteristici fizice: frecvența, amplitudinea și constituția armonică, sau respectiv forma undei. Zgomotul este un sunet complex, o mixare de multe frecvențe diferite sau note care nu sunt legate armonic. Frecvența Noi percepem frecvența, ca sunete mai "înalte" sau sunete mai "joase". Frecvența unui sunet este numărul de perioade sau oscilații, pe care o undă sonoră le efectuează într-un timp dat. Frecvența este masurată în hertzi. Undele se propagă la frecvențe mari și la frecvențe joase, dar oamenii nu sunt capabili sa le audă în afara unei raze relativ mici. Sunetele pot fi produse la frecvențe dorite prin metode diferite. De exemplu, un sunet de 440 Hz poate fi creat activând o boxă cu un oscilator care acționează pe această frecvență. Un curent de aer poate fi întrerupt de o roată dințată cu 44 de dinți, care se rotește cu 10 rotații/secundă; această metodă este folosită la sirenă. Sunetul produs de boxă și cel produs de sirena, la aceeași frecvență este foarte diferit în calitate, dar corespund la înălțime. Intensitatea sunetului Intensitatea sunetului este măsurată în decibeli(dB). De exemplu, intensitatea la minimul auzului este 0 dB, intensitatea șoaptelor este în medie 10 dB și intensitatea foșnetului de frunze este de 20 dB. Intensitățile sunetului sunt aranjate pe o scara logaritmică, ceea ce înseamnă că o mărire de10 dB corespunde cu o creștere a intensității cu o rata de 10. Astfel, foșnetul frunzelor este de aproape 10 ori mai intens decat șoapta. Distanța la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea acestuia. Percepția notelor Dacă urechea unei persoane tinere este testată de un audiometru, se va observa ca este sensibilă la toate sunetele de la 15-20 Hz până la 15.000-20.000 Hz. Auzul persoanelor în vârstă este mai puțin acut, mai ales la frecvențe mai înalte. Gradul în care o ureche normală poate separa două note de volum puțin diferit sau de frecvență puțin diferită variază în diferite raze de volum și frecvență a notelor. Reflexia: Sunetul este guvernat de reflexie, respectând legea fundamentală, adică unghiul de reflexie este egal cu cel de incidență. Rezultatul reflexiei este ecoul. Sistemul de radar subacvatic depinde de reflexia sunetelor propagate în apă. Un megafon este un tub tip cornet care formează o rază de unde sonore reflectând unele dintre razele divergente din parțile tubului. Un tub similar poate aduna undele sonore dacă se îndreaptă spre sursa sonoră capătul mai mare; astfel de aparat este urechea externă a omului. Refracția: Sunetul, într-un mediu cu densitate uniformă, se deplasează înainte într-o linie dreaptă. Însă, ca și lumina, sunetul este supus refracției, care îndepărtează undele sonore de direcția lor originală. 12
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Exemplu: În regiuni polare, unde aerul de lângă pământ este mai rece decât cel ce se află la înălțimi mai ridicate, o undă sonoră îndreptată în sus care intra in zona mai caldă din atmosfera este refractată spre pământ. Recepția excelentă a sunetului în direcția în care bate vântul și recepția proastă invers direcției vântului se datoreaza tot refracției. Ultrasunetele Dintre vibraţiile sonore care ies din limitele de audibilitate ale urechii omeneşti, de un mare interes, din punct de vedere practic, sunt ultrasunetele, adică sunetele a căror frecvenţă este mai mare de 20000 Hz. Exemplu: Orientarea liliecilor se bazează pe faptul că aceştia emit semnale unde ultrasonore scurte de frecvenţe între 30 – 60 kHz. Liliacul în zbor emite în medie cca. 30 semnale pe secundă. O parte din acestea sunt recepţionate de urechile mari ale liliacului sub formă de semnale ecou, după un timp cu atât mai scurt cu cât obstacolul este mai aproape. Pe măsura apropierii de obstacol, liliacul emite din ce în ce mai multe semnale într-o secundă, ajungând ca de exemplu la un metru de obstacol să emită până la 60 semnale pe secundă. Aceasta permite liliacului să simtă precis poziţia sa faţă de obstacole. Importanţa practică a ultrasunetelor este legată de lungimea de undă mică a acestora. Din această cauză, ultrasunetele pot fi emise şi se propagă ca şi razele de lumină sub formă de fascicule, spre deosebire de sunetele obişnuite care se împrăştie în toate direcţiile. Astfel se constată experimental că dacă lungimea undei emise este mai mică decât dimensiunile liniare ale sursei, unda se va propaga în linie dreaptă sub formă de fascicul. În afară de aceasta, datorită lungimii de undă mici, fenomenul de difracţie (ocolirea obstacolelor) nu apare decât pentru obstacolele de dimensiuni foarte mici, în timp ce sunetele obişnuite ocolesc practic aproape orice obstacol întâlnit în cale. Ultrasunetele au efecte biologice importante. La ultrasonarea unui lichid se poate produce o diferenţă de presiune de mai multe atmosfere între două puncte situate la o distanţă egală cu jumătatea lungimii de undă a vibraţiei ultrasonore. Acestă diferenţă de presiune poate fi uneori mortală. Astfel, aplicaţiile cu ultrasunete au mare importanţă în sterilizarea diferitelor alimente. Deasemenea, ultrasunetele au efecte distructive mecanice, fizice, chimice. Ca aplicaţii medicale se folosesc aparate generatoare de ultrasunete, cu frcvenţă de 800 kHz, care au ca piesă de aplicare un cap de iradiere care se pune pe corp după ce acesta a fost uns cu ulei de parafină. Datorită încălzirii, acesta se deplasează permanent pe regiunea iradiată. Se pot folosi şi medicamente care se întind pe piele apoi se aplică ultrasonarea. Recepţia auditivă Pentru ca vibraţia mecanică să dea naştere senzaţiei auditive, ea trebuie prcepută de analizatorul auditiv, care transformă senzaţia în excitaţie nervoasă care produce senzaţia auditivă. Senzaţiile auditive pot fi: plăcute (sunete muzicale) sau neplăcute (zgomote). Sunetul este transmis prin canalul 13
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
auditiv şi pune în vibraţie timpanul şi lanţul de osicioare auditive, transmiţănd vibraţiile spre fereastra ovală. Osicioarele auditive au o importanţă capitală. Ciocănelul şi nicovala, deşi articulate între ele, sunt strîns legate, astfel că oscilează împreună ca un singur organ în timpul vibraţiei sonore. Aceste mişcări se transmit scăriţei care este fixată de fereastra ovală. Fonaţia Fonaţia este un proces complex care constă din emiterea unor sunete de către organul vocal uman. Organul vorbirii este laringele, care are forma unei pîlnii al cărei tub este traheea. Laringele prezintă două îndoituri numite coarde vocale inferioare, care au proprietăţi contractile. Coardele vocale se pot apropia şi depărta făcînd să varieze şi întinderea lor. Deasupra coardelor vocale inferioare se află alte două îndoituri, adică coardele vocale superioare. Aceastea delimitează deschiderea, numită glotă. Sunetele vocale se formează în laringe, acesta funcţionînd ca un tub sonor cu aerul pulmonar. La emiterea sunetului, coardele vocale se contractă şi glota se îngustează. După aceea, curentul de aer trece prin glotă în timp ce coardele vocale intră în vibraţie. Emisiunea vocală nu constă numai din sunetele laringiene, ci şi din suprapunerea altor vibraţii, de rezonanţă ale diferitelor cavităţi ale organismului. Sunetele joase sunt însoţite de o vibraţie a pereţilor toracici, iar pentru sunetele înalte rezonanţa are loc în cavităţile supralaringiene. OPTICĂ BIOLOGICĂ Optica se ocupă cu studiul luminii. Lumina este un fenomen ondulator, obiectiv, care pune în legătură organismele cu mediul, producînd prin analizatorul vizual senzaţia subiectivă de vedere. Ochiul Ochiul are o formă aproape sferică cu diametrul de 22 mm. Învelişul extern este constituit din sclerotică, restul este corneea transparentă în partea anterioară. Pe partea interioară a scleroticii se află coroida care se continuă cu irisul. Retina este membrana cea mai internă a globului ocular şi este constituită din prelungirea nervului optic. Globul ocular conţine trei medii transparente: umoarea apoasă, umoarea sticloasă şi cristalinul. Factorul obiectiv în procesul vederii este lumina; acţiunea ei asupra retinei dă naştere la fenomene fotochimice şi electrice complexe, care determină impulsuri nervoase transmise de la receptorul periferic la scoarţa cerebrală, ceea ce caracterizează senzaţia vizuală. Perceperea luminii Sistemul optic al ochiului dă pe retină o imagine reală, inversată şi mai mică a obiectelor aflate în afara ochiului. În locul în care intră nervul optic în ochi, lumina nu este percepută (pata oarbă). Elementele fotosensibile ale retinei sunt conurile şi bastonaşele, care au roluri diferite în formarea senzaţiei vizuale. Bastonaşele au o sensibilitate mult mai mare decît conurile, dar nu funcţionează ca elemente de distingere a culorilor. Senzaţia de culoare se produce numai la excitarea conurilor. 14
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Vederea diurnă este legată de excitarea conurilor şi funcţionează la iluminări suficient de mari permiţînd
distingerea
culorilor şi
perceperea
unui
număr
mare
de amănumte.
Vederea
nocturnă(periferică) este legată de excitarea bastonaşelor. De obicei, ambele moduri de vedere funcţionează simultan, iar în cazul iluminării foarte slabe funcţionează numai vederea periferică. Adaptarea ochiului la diferite străluciri se produce în două feluri: prin reflexul pupilar şi prin migraţia pigmentului retinian. Adaptarea de la lumină la întuneric cere mai mult timp decît invers.
3. BAZELE FIZICE ALE IMAGISTICII MEDICALE Imagistica cu raze röentgen: röntgendiagnostic Radiaţia descoperită în 1895, la Universitatea Wurzburg, de către fizicianul Röntgen, denumită radiaţia X, este o radiaţie electromagnetică, cu lungime de undă extrem de mică, în medie de 10.000 de ori mai mică decât cea a luminii. Se produc raze X, ori de câte ori electroni aflaţi în mişcare foarte rapidă, se lovesc de corpuri materiale, unde produc dislocări de electroni de pe orbitele energetice ale atomilor acestor corpuri. Pentru a se menţine echilibrul, electronii de pe orbitele mai periferice, ale corpului izbit, vor lua locul electronilor dislocaţi de pe orbitele mai centrale. Din acest salt de pe un nivel energetic pe altul, în sensul menţionat mai sus, rezultă un plus de energie, adică razele X. Modificările suferite de energia radiantă la diverse nivele în corpul omenesc alcătuiesc în ansamblul lor elemente utile, pe care fascicolul de raze X le poate transmite examinatorului sub formă de imagini radiologice, produse datorită modificărilor care au loc în fascicolul de raze X la nivelul ţesuturilor şi organelor de examinat. Coeficientul de absorbţie este proporţional cu numărul atomic la puterea a patra din corpul traversat– structurile cu număr atomic mare vor atenua mai mult fascicolul de raze X, iar din punct de vedere radiologic vor fi mai opace(exemplu: segment scheletic). Producerea radiaţiei X se face în tubul de raze- tubul Coolidge.
Este un tub în care se află un vid foarte avansat, unde electronii emişi de catod(un filament de wolfram ce a fost adus la incadescenţă) sunt accelerați la diferenţe de potential de zeci de mii de volți, se ciocnesc cu materialul anodic, unde cea mai mare parte din energia lor se pierde prin ionizări şi excitări în straturile superioare ale materialului anodic, iar o parte produce radiaţie Röntgen. 15
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Proprietăţiile radiaţiei X sunt comune cu ale radiaţiilor electromagnetice, intensitatea lor scade invers proporţional cu pătratul distanţei. Proprietăţile speciale: -penetrabilitate– invers proporţională cu lungimea de undă; -sunt absorbite de corpurile prin care trec, absorbţia fiind direct proporţională cu numărul atomic la puterea 3, densitatea şi grosimea obstacolului; -determină fenomenul de luminiscenţă; -determină efect de fotosensibilitate (reduce emulsia de argint la argint metalic); -produc ionizare; -au efecte biologice asupra ţesuturilor vii prin ionizări şi prin excitaţii care produc alteraţii în aceasta. Efectele celulare ale radiaţiilor a) Mecanismul de acţiune este direct şi indirect .- acţiunea directă este sub forma rupturii arhitecturii moleculare şi în special la nivelul unor structuri ca genele, cromozomii sau enzime- doza este fără importanţă; .- acţiunea indirectă- este dată de substanţele născute din reacţiile directe. b) Natura leziunilor- A.D.N-ul este ţinta preferată a radiaţiilor, adică materialul genetic. c) Efectele somatice- sunt asupra individului în totalitate şi pot apare la interval de ore, până la ani. La nivel somatic acţionează legea conform căreia, cu cât un ţesut este mai tânăr cu atât el este mai sensibil şi vulnerabil(Bergonier şi Tribondeau). d) Manifestarile clinice- ale leziunilor apar numai excepţional în cadrul iradierii diagnostice. Ele pot fi văzute la medicii radiologi sub forma de boala profesională. e)Efecte feto-embrionare- sunt diferite după vârsta produsului de conceptie: - la stadiul de ou acţionează legea: tot sau nimic. Oul trăieste normal sau moare; - la stadiul de organogeneză în primele trei luni se produc malformaţii grave; - fătul mai mare de 3 luni este mult mai puţin radiosensibil. f)Efecte genetice- mutaţii care apar indiferent de doză, dar se dublează după 30-50 rds. g)Efecte cancerigene au o frecvenţă mică, dar există. Efectele la nivel tisular sau ale întregului organism reprezintă suma(nu neapărat matematică) modificărilor celulare. Acumularea în timp a tuturor acestor modificări duce în ultima instanță la moartea individului prin alterări funcționale şi organice ireversibile. Protecţia împotriva radiaţiilor În lumea contemporană, orice fiinţă vie de pe suprafaţa pământului suportă o iradiere care nu poate fi evitată. - 87% din această iradiere este dată de iradierea naturală; -13% este procentul de iradiere artificială, din care 11,5% reprezintă iradierea medicală. 16
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Aceasta din urma se datorează în principal iradierii cu scop diagnostic. Evoluţia tehnologiilor de diagnostic, în special dezvoltarea imagisticii medicale şi în mod particular, a tehnicilor de explorare fără radiaţii Röntgen(Ecografia şi Imagistica prin Rezonanţă Magnetică) nu au modificat esenţial acest procent, care continuă să rămână ridicat, oriunde pe suprafaţa planetei. Mecanismul iradierii încă foarte mari este diferit în diferite zone geografice: Astfel, în regiunile cu slabă dezvoltare economică iradierea se datorează utilizării în continuare a unor tehnologii învechite de emisie, control şi utilizare a radiaţiilor. În ţările cu înaltă dezvoltare tehnologică, iradierea este aproape similară, dar este determinate de excesul de investigaţie. Aceasta poate apărea ca un corolar al sistemelor sofisticate de sănătate publică, în care gestul medical subvenţionat împinge la excese şi la risipă. Ţara noastră este între cele două, încercând eforturi remarcabile de reînnoire şi actualizare a echipamentelor radiologice şi de raţionalizare a explorării, în contextul unui sistem de sănătate, care implementat la mare distanţă de alte sisteme din care s-a inspirat, are datoria de a preveni defectele modelelor. Ca răspuns la situaţia semnalată mai sus singurele măsuri de protecţie eficiente şi aplicabile sunt: -raţionalizarea explorării radiologice în special la grupele de populaţie cu factori de risc (copii, gravide etc.); -modernizarea echipamentelor, cu extinderea tehnologiilor de achiziţie şi prelucrare digitală. Pentru o raţionalizare corectă a explorărilor trebuie cunoscute dozele proporţionale de radiaţii încasate de pacienţi. Acestea se pot cunoaşte din tabele şi dau uneori date surprinzătoare. Examenul radiologic toracic la un copil fără semne clinice de boală cardiacă sau pulmonară este un exces, tot un exces uzual este şi radiografia de coloană vertebrală repetată cu ocazia fiecărei internari la un bolnav cu leziuni degenerative. Tot raţionalizare se numeşte şi alegerea dintre mai multe posibilităţi de explorare a aceleia care aduce maximum de informaţii şi poate înlocui metode mai iradiante. Deşi ideea pare fantezistă, cea mai bună metodă de diagnostic radiologic a afecţiunilor sinusurilor feţei este computertomografia. Suspiciunea de diagnostic de adenom hipofizar obligă la examen prin Rezonanţă Magnetică; astfel se evită iradiarea prin alte explorări radiologice mai neperformante în situaţia dată. O solicitare de examen radiologic trebuie redactată în scris, lizibilă şi precisă. Ea trebuie să indice contextul clinic, pentru ca radiologul să poată întelege problemele particulare pentru care se solicită explorarea respectivă. Este de datoria şi de calificarea radiologului să stabilească metoda şi tehnica optimală pentru situaţia dată. Receptarea informaţiei se face în mai multe moduri: -radioscopie: radiaţia reziduală acţionează asupra unui mediu cu proprietăţi fluorescente şi produce o imagine dinamică real- time a structurilor traversate; 17
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
-radiografie: impresionarea chimică directă şi prin emisie luminoasă obţinută cu ajutorul ecranelor întăritoare asupra emulsiei de săruri de argint de pe suprafaţa unui film radiografic. Aparatura de radiodiagnostic Orice instalaţie radiologică se compune din două părţi: -aparatul propriu-zis; -accesorii. Aparatul se compune din:
-tubul radiogen; -transformatorul de înaltă tensiune; -transformatorul de încălzire; -de joasă tensiune; -cablurile sau troleele; -masa de comandă. Tubul radiogen– constă dintr-un balon, construit dintr-o sticlă specială, fabricată pentru a rezista la temperaturi deosebit de ridicate. Balonul are două tuburi laterale situate unul în faţa celuilalt: - catodul – polul negativ al tubului format dintr-un filament de tungsten, dispus în formă de spirală, adus la incadescenţă de un transformator de încălzire; - anodul – polul pozitiv format din aliaj de metale greu fuzibile care au proprietatea de a transmite rapid căldura primită,facilitând răcirea tubului produsă şi prin rotaţia sa(3000 ture/min). Transformatorul de inaltă tensiune: transformă tensiunea obişnuită de la reţea în tensiune înaltă, cu cât tensiunea este mai mare se vor produce raze mai dure –de aici rezultă calitatea razelor. Masa de comandă: serveşte la punerea în funcţiune şi la oprirea aparatului. Aceasta este înzestrată cu aparate care permit: măsurarea curentului de la reţea; măsurarea timpului; butonul de punere în funcţiune. 18
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Receptorul a) radioscopia- clasică sau analogică- imagine obţinută direct pe ecranul ce este constituit dintr-o foaie de material celulozic sau plastic, pe care este dispersat un material fluorescent: platinocianura de bariu, tungstatul de cadmiu sau sulfura de zinc şi cadmiu. Astăzi sunt folosiţi compuşi de cesiu, titan, ytrium sau pământuri rare. Pentru protecție, în faţa ecranului este o sticlă specială b) radiografia simplă- se bazează pe efectul fotochimic al radiaţiilor având avantaje: document, doză de iradiere redusă, cost relativ scăzut. Filmul radiografic este format dintr-un suport transparent, acoperit de o emulsie de cristale de bromură de argint suspendată în gelatină.
Formarea imaginii radiologice- imaginea radiologică există în formă latentă în relieful spectral al fascicolului emergent. Întrucât organele au structuri neomogene, compoziţie chimică, densitate, grosime variabile, relieful fascicolului emergent va traduce pe planul de proiecţie variaţii de absorbţie determinate de aspectul neuniform al organului de cercetat, fapt ce va duce la impresionarea discontinuă inegală a sistemului detector.
5.TEHNICI RADIOLOGICE SPECIALE RADIOSCOPIA TELEVIZATĂ Reprezintă transpunerea imaginii radiosopice într-o imagine aparentă, pe un monitor de televiziune prin amplificatorul de imagine. Amplificatorul de imagine- sistem electronic ce are următoarele aplicaţii: -permite efectuarea fluoroscopiei la lumina zilei; -calitatea imaginii este net superioară şi poate fi înregistrată –video, fotografic digital; -se poate lucra cu sistem de TV cu circuit închis, în echipe de specialişti, proceduri de radiologie intervenţională; -imaginea poate fi transmisă la distanţă, prin TV cablu sau satelit; -reducerea considerabilă de 3-5 ori a intesităţii fascicolului de radiaţii; -a permis construcţia de aparate cu telecomandă şi protecţia operatorului. 19
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Tomografia plană convenţională –tubul şi caseta sunt solitare şi se deplasează în sens invers. Variante radiografice - radiografia cu raze dure- se utilizează pentru disocierea unor opacităţi; -radiografia cu raze moi- părţi moi; -radiofotografia medicală RMF - se foloseşte pentru depistarea TBC; -radiografia panoramică- se foloseşte în stomatologie; -radiografia digitală- asigură transformarea datelor analoge în infomaţii digitale. Părţile componente ale receptorilor digitali utilizaţi în radiodiagnostic sunt: -Detectorul de scintilaţie - proprietatea unor substanţe de a emite lumină la impactul cu radiaţiile X; -Convertorul energiei luminoase. Acest sistem transformă sistemul analog de date (semnalul luminos) în informaţii digitale (curentul electric); -Calculatorul, care prelucrează imaginea digitală şi o transformă in semnal video TV. Receptorii digitali sunt utilizați atât în radioscopie cât şi în radiografie.
Comparaţie între imaginile digitale şi analoage Elementul de bază al imaginii digitale este pixelul – o suprafaţă pătrată cu o nuantă de gri corespunzatoare densităţilor pe care le reprezintă. Imaginea radiologică este formată dintr-un număr de pixeli. Creşterea numărului de pixeli/ imagine determină mărirea rezoluţiei imaginii. Imaginea digitală are urmatoarele avantaje: -permite o mai bună vizualizare a zonelor cu densităţi mici; -oferă posibilitatea unei prelucrări ulterioare a imaginii. TOMOGRAFIA COMPUTERIZATĂ (CT) Este un procedeu prin care se obţin radiografiile anumitor planuri din corp, eliminînd planurile care nu interesează. Aparatul se poate regla pentru diferite secţiuni, aşa că se pot obţine imagini stratificate. Tomografia computerizată (CT) foloseste razele X pentru a crea imagini detaliate ale 20
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
structurilor din interiorul corpului. În timpul testului, pacientul va sta întins pe o suprafaţă plană (masă) ce este legată la scaner; acesta are formă cilindrică. Scanerul trimite pulsuri de raze X spre acea parte a corpului ce se doreşte investigată. O parte a aparatului este mobilă, astfel încît poate efectua imagini din mai multe poziţii. Imaginile sunt memorate în computer. O substanţă iodată (substanţa de contrast) poate fi folosită pentru a vizualiza mai bine structurile şi organele investigate. Această substanţă de contrast poate fi folosită pentru a investiga fluxul sanguin, pentru a decela tumori sau alte afecţiuni. Substanţa poate fi administrate intravenos(IV), oral sau poate fi introdusă în diverse alte părţi ale organismului. Imaginile pot fi realizate: înainte şi/sau după administrarea substanţei de contrast. Tomografia computerizată este folosită pentru a studia diferite părţi ale corpului: -toracele: tomografia computerizată a toracelui investighează posibile afecţiuni ale plămînilor, inimii, esofagului, a principalelor vase sanguine(aorta) sau a ţesutului din mijlocul pieptului; cîteva afecţiuni comune ce pot fi descoperite la scanare sunt: infecţiile, cancerul pulmonar, embolia pulmonară sau anevrismele; poate fi folosită, de asemenea, pentru a investiga gradul de metastazare(răspîndire) a cancerului la nivelul toracelui sau a altei părţi a corpului. -abdomenul: tomografia computerizată este folosită pentru a descoperi chisturi, abcese, infecţii, tumori sau anevrisme, ganglioni limfatici măriţi de volum, corpuri străine, hemoragii, diverticulita, boala inflamatorie intestinală, apendicita. -tractul urinar: tomografia computerizată poate decela prezenţa pietrelor de la nivelul rinichilor, a blocajelor, tumorilor, infecţiilor şi a altor probleme renale; o tomografie computerizată mai specială, denumită urografie CT, poate decela prezenţa pietrelor de la nivel renal(litiaza renală) sau a prostatei mărite de volum (hiperplazie benignă de prostată), fără a fi necesare alte teste. -ficatul: tomografia computerizată poate descoperi la acest nivel tumori, hemoragii şi alte afecţiuni hepatice; de asemenea, tomografia computerizată poate identifica o posibilă cauză a unui icter (simptom caracterizat prin culoarea galbenă a pielii). -pancreasul: CT-ul poate identifica tumori şi inflamaţii ( pancreatita) ale pancreasului. -vezica biliară şi căile biliare principale: CT-ul poate fi folosit pentru identificarea cauzei unui blocaj a căilor biliare; pietrele de la nivelul vezicii biliare (litiaza biliară) pot fi identificate ocazional prin computer tomografie, dar investigaţia de elecţie pentru această afecţiune rămîne ecografia. -glandele suprarenale: prin CT se pot identifica tumori sau creşterea de volum a glandelor. -splina: CT-ul poate fi folosit pentru identificarea leziunilor traumatice ale splinei sau pentru determinarea dimensiunilor acesteia. -membrele: CT-ul poate identifica probleme ale braţelor sau picioarelor, a umerilor, coatelor, articulaţiei pumnului, mîinilor, şoldurilor, genunchilor, gleznelor sau picioarelor; de asemenea, CT-ul poate fi folosit pentru ghidarea acului în timpul biopsiei sau în timpul drenării unui abces. 21
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Computer tomografia este efectuată, de obicei, de către un tehnician radiolog. Imaginile sunt interpretate de căte un medic radiolog, dar sunt şi alţi medici care pot citi o tomografie computerizată, precum medicii de familie, medicii internişti sau chirurgii. Pacientul trebuie să îndepărteze toate bijuteriile pe care le are şi majoritatea hainelor înainte de investigaţie. Lenjeria intimă este de obicei menţinută; în locul hainelor pacientul va purta un halat ce va fi furnizat de către spital. În timpul testului, pacientul va sta întins pe masa tomografului care este conectată la aparat; aparatul propriu-zis are formă cilindrică. Masa alunecă în interiorul aparatului, pacientul va auzi un zumzet specific. Pe durata investigaţiei, pacientul trebuie să stea nemişcat. Deasemenea, pe parcursul testului, pacientul va rămîne singur în camera unde este situat tomograful, însă va fi urmărit printro fereastră de către tehnician şi i se va vorbi prin intermediul unui speaker. Dacă este necesară folosirea substanţei de contrast, aceasta poate fi administrată pe mai multe căi, în funcţie de zona ce se doreşte a fi examinată: substanţa de contrast poate fi administrate intravenos(IV) la nivelul braţului pentru examinarea toracelui, abdomenului sau a zonei pelvine; substanţa de contrast se poate administra oral, poate fi administrată printr-un tub intrarectal sau intravezical, sau se poate injecta la nivelul articulaţiilor. O tomografie computerizată durează, în medie, 30 pînă la 60 de minute, dar se poate prelungi pînă la 2 ore. După efectuarea investigaţiei, pacientul este sfătuit să bea cît mai multe lichide, pentru a grăbi eliminarea substanţei de contrast din organism. Tomografia computerizată nu este dureroasă. Suprafaţa plană pe care va sta întins pacientul poate fi incomodă, iar camera poate fi răcoroasă. Unii pacienţi se pot simţi neconfortabil în interiorul scanerului. Dacă este necesară administrarea unui sedativ sau a substanţei de contrast, atunci se va monta o perfuzie intravenoasă. Pacinetul va simţi o mica înţepătură atunci cînd perfuzia este montată. Substanţa de contrast poate determina senzaţia de căldură şi apariţia unui gust metalic în gură. Unii pacienţi pot avea senzaţie de greaţă sau dureri de cap. Indiferent ce senzaţii experimentează pacientul va trebui să le comunice medicului sau tehnicianului. IMAGISTICA PRIN REZONANŢĂ MAGNETICĂ( RMN sau IRM) Imagistica prin rezonanţă magnetică este un test care foloseşte un cîmp magnetic şi pulsuri de radiofrecvenţă, pentru vizualizarea imaginii diferitelor organe şi ţesuturi ale corpului omenesc. În multe din cazuri, IRM oferă informaţii care nu pot fi vizualizate prin radigrafie, ultrasonografie sau tomografie computerizată. În timpul IRM, regiunea corpului ce trebuie investigată, este plasată întrun aparat special care reprezintă un magnet uriaş. Informaţiile furnizate de IRM pot fi stocate şi salvate într-un computer. De asemenea, pot fi făcute poze sau filme dacă situaţia o cere. În anumite cazuri, se poate utiliza o substanţă de contrast pentru a vizualiza mai clar anumite structuri ale corpului. IRM se efectuează pentru diagnosticarea anumitor afecţiuni: tumori, sîngerari, leziuni,
22
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
afectări vasculare sau infecţii. Prin folosirea unei substante de contrast în timpul IRM, se pot vizualiza clar anumite ţesuturi. Imagistica prin rezonanţă magnetică este indicată pentru: -regiunea cefalică- IRM poate detecta tumori, anevrisme, sîngerări la nivel cerebral, leziuni nervoase şi alte afecţiuni, ca şi cele cauzate de accident vascular cerebral; IRM poate, de asemenea, detecta afecţiuni ale nervului optic şi globului ocular, ale urechilor şi nervului auditiv. - regiunea toracică- IRM poate vizualiza cordul, valvele cardiace şi vasele coronare; poate stabili dacă plămînii sau inima sunt afectate; de asemenea poate fi folosită pentru diagnosticarea cancerului de sîn sau pulmonar. - vasele sanguine- IRM poate fi folosită pentru vizualizarea vaselor de sînge şi a circulaţiei sângelui prin vase, în acest caz purtînd numele de angiografie prin rezonanţă magnetică; poate depista afecţiuni ale venelor sau arterelor, ca anevrisme vasculare, un cheag la nivel vascular sau ruptura parţială a peretelui vascular; uneori se foloseşte substanţa de contrast pentru vizualizarea mai clară a vaselor sanguine. - regiunea abdominală şi pelvină- IRM poate depista diferite afectări ale organelor abdominale ca: ficat, vezica biliară, pancreas, rinichi şi vezica urinară; se foloseşte pentru depistarea tumorilor, sângerărilor, infecţiilor şi diferitelor obstacole; la femei, se pot vizualiza uterul şi ovarele; la bărbaţi se poate vizualiza prostata. - oasele şi articulaţiile- IRM poate evidenţia afectări ale sistemului osos sau articular, ca artrite, afectări ale articulaţiei temporomandibulare, probleme ale măduvei osoase, tumori osoase, afectări ale cartilajului, rupturi de ligamente sau tendoane sau infecţii; IRM poate afirma cu precizie dacă un os este rupt sau nu, atunci cînd radiografia este neclară; IRM se foloseşte cel mai frecvent pentru depistarea afecţiunilor osoase sau articulare. - coloana vertebrală- IMR poate vizualiza discurile şi nervii coloanei vertebrale, putînd diagnostica afecţiuni ca stenoza de canal vertebral, herniere discală sau tumori de coloană vertebrală. IRM se efectuează de regulă de către medicul specialist în rezonanţa magnetică; pozele vor fi interpretate de către un medic radiolog; de asemenea, alţi medici sunt capabili să interpreteze IRM. Pacientul va scoate toate obiectele de metal (ca dispozitive pentru auz, plăci dentare, orice tip de bijuterii, ceasul şi agrafe de păr) de pe corp, deoarece există riscul ca aceste obiecte să fie atrase de către magnetul folosit pentru efectuarea testului; în cazul în care pacientul a suferit un accident sau dacă lucrează cu metale, există posibilitatea ca acesta să prezinte fragmente de metal la nivelul regiunii cefalice, în ochi, pe piele sau coloana vertebrală; de aceea se recomandă efectuarea unei radiografii înainte de efectuarea IRM pentru a stabili dacă testul se poate efectua. Pacientul va trebui să se dezbrace complet în funcţie de aria pe care se efectuează (în anumite cazuri pacienţii pot păstra o parte din haine, dacă nu incomodează). Pacientul va folosi un halat pe toată perioada efectuării 23
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
testului. În cazul în care se permite păstrarea unor haine, pacientul va trebui să golească buzunarele de orice monede sau carduri, cu benzi magnetice inscripţionate, deoarece prin IRM se pot demagnetiza. În timpul testului, pacientul se va întinde pe spate pe masa dispozitivului, care reprezintă scanner-ul aparatului. Capul, toracele şi membrele pot fi fixate cu nişte curele pentru a menţine pacientul nemişcat. Masa va aluneca în interiorul unui dispozitiv care conţine magnetul. Un dispozitiv în formă de colac poate fi plasat peste sau în jurul regiunii care urmează să fie scanată. Unele tipuri de IRM (numite IRM deschise) sunt construite asfel încît magnetul nu înconjoară corpul în întregime.Unii pacienţi devin agitaţi (claustrofobicii) în interiorul magnetului IRM. Dacă pacientul nu poate menţine poziţia nemişcată i se va administra un medicament sedativ pentru relaxare. Dispozitivele cu sistem deschis pot fi utile în cazul pacienţilor claustrofobici. În interiorul scannerului, pacientul va auzi un ventilator şi va simţi aerul mişcîndu-se. Deasemenea, se mai pot auzi diverse zgomote care sunt rezultatul scanării. Unele aparate prezintă căşti sau dopuri pentru urechi pentru a reduce din zgomot. Este foarte important ca pacientul să nu se mişte în timpul scanării. De asemenea, pacientul va fi rugat să îţi ţină respiraţia pentru scurte perioade de timp. În timpul efectuării testului, pacientul va fi închis în camera de scanat, însă medicul specialist va supraveghea pacientul prin intermediul unei ferestre transparente. Pacientul va putea comunica printr-un microfon. În cazul în care este necesară utilizarea unei substanţe de contrast, aceasta va fi administrată la nivelul venelor periferice ale braţului pacientului. Substanţa de contrast va fi administrată în 1 pînă la 2 minute. Apoi se pot efectua o serie de clişee. IRM durează de obicei 30 pînă la 60 minute,dar se poate prelungi pînă la două ore. Cîmpul magnetic folosit de dispozitiv nu produce durere. Masa pe care se întinde pacientul poate fi tare, iar camera poate fi rece. Pacientul poate fi speriat sau iritat. În cazul în care se foloseşte substanţa de contrast, poate apărea senzaţie de răceală sau căldură în timpul introducerii substanţei la nivel venos. În cazuri rare, pot apărea: - furnicături la nivelul cavităţii bucale, în cazul în care pacientul prezintă dentiţie de metal; - încălzirea zonei care se examinează; acest lucru este normal; medicul specialist trebuie informat dacă apare senzaţie de greaţă, vomă, cefalee, ameţeală, durere sau dificultăţi de respiraţie. Nu există efecte adverse secundare expunerii cîmpului magnetic folosit pentru IRM. Cu toate acestea, magnetul este foarte puternic. De aceea, el poate afecta pacemakerele, membrele artificiale şi alte dispozitive medicale care conţin fier. Magnetul va deregla un ceas care se află în apropierea lui. Dacă pacientul prezintă fragmente metalice la nivelul ochiului, efectuarea IRM poate afecta retina.Dacă există suspiciunea că ar exista fragmente metalice la nivelul ochiului, se recomandă efectuarea unei radiografii înainte de efectuarea IRM. În cazul în care radiografia a depistat fragmentele metalice, se interzice efectuarea IRM. Tatuajele sau machiajul permanent pe baza de pigment ce conţine fier pot provoca iritaţii ale pielii. IRM poate produce arsuri la nivelul zonelor pe care sunt aplicate diverse 24
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
patch-uri la nivel cutanat. De aceea, se recomandă informarea medicului în legatură cu acest lucru. Există un mic risc de apariţie a unei reacţii alergice în cazul în care se folosesc substanţe de contrast în timpul IRM. Cu toate acestea, majoritatea reacţiilor sunt moderate şi pot fi tratate cu antialergice. Există un risc scăzut de infecţie la nivelul venei pe care se introduce substanţa de contrast.
ECOGRAFIA Ecografia diagnostică este o tehnică imagistică larg utilizată. Ea a înlocuit un număr mare de tehnici radiologice sau scintigrafice. Este o tehnică rapidă şi inofensivă. Ecografele de diferite dimensiuni, aparatele portative, oferă posibilitatea de a explora numeroase organe. Ele au făcut, ca această tehnică să devină un examen de rutină, la îndemana oricărui medic practician. Ecografia foloseşte pentru diagnostic ultrasunetele. Principiul de bază este cel al radarului(sonarului), adică emiterea unui semnal de ultrasunete care întîlneşte diferite ţesuturi. Acestea vor reflecta semnalul care, la rîndul lui va fi receptat, prelucrat şi transformat în imagine alb-negru pe ecranul monitorului. Semnalul ultrasonic reflectat de către o suprafaţă tisulară este recepţionat de către transductor şi afişat pe un ecran cu tub catodic (osciloscop sau monitor). Componentele de bază ale ecografului sunt: -transducerul (transductor sau sonda); -sistemul de analiză, prelucrare şi amplificare al semnalului(corpul propriu-zis al ecografului); -sistemul de afişarea imaginii obţinute (monitorul). Introducerea metodei Doppler pulsatil sau color şi sondele endocavitare i-au mărit valoarea diagnostică. Explorarea Doppler detectează şi vizualizează fluxul sau mişcarea vaselor sanguine accesibile. Conform acestor tehnici, ultrasunetele dirijate de către un reflectant în mişcare se vor întoarce la emitor, sub forma unui ecou, cu frecvenţa diferită de cea iniţială. Acest principiu este utilizat pentru detectarea circulaţiei sanguine, diferenţierea dintre o venă şi o arteră, depistarea unei obstrucţii vasculare şi determinarea circulaţiei de la nivelul cavităţii cordului. Exista şi tehnici de Doppler color. Introducerea în parctică a Doppler-ului, continuu sau pulsatil reprezintă o mare realizare. Există şi transductor (sonda) intracavitar, realizat conform principiului că sonda trebuie să fie cît mai aproape de organul studiat. Ecografia este utilizată în aproape toate domeniile medicale: maladii cardiovasculare, pulmonare, renale, hepato-biliare, pancreatice, splenice, vezicale, prostatice. Prin ecografie se investighează: -ficatul(dimensiune şi formă, parenchim, vasele intrahepatice, leziuni focale- chiste, abcese, tumori, traumatisme, parazitoze, colecţii lichidiene perihepatice); -vezicula şi căile biliare (dimensiune, perete, conţinut, calculi, dilatarea canalelor biliare); -pancreasul(atingeri difuze, leziuni focale- chiste, abcese, tumori, calcificari); 25
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
-splina (dimensiuni, leziuni focale difuze, traumatisme); -rinichi (dimensiune, formă, atingeri parenchimatoase, leziuni focale, uropatia, colecţii lichidiene perirenale); -uretere şi vezica (obstrucţii, paraziţi, tumori, infecţii, diverticuli, calculi); -cavitatea peritoneală şi căile digestive (colecţii lichidiene, intraperitoneale, obstrucţii, invaginaţii, stenoza pilorică); -retroperitoneal (dimensiune, anevrismul aortei, tromboza venei cave inferioare); -torace; -pelvisul; -evoluţia sarcinei; -tiroida; -sînul; -aparatul cardiovascular. Asistenta medicală va urmări ca bolnavul să consume o cină normală în seara precedentă, fără a mai mînca nimic pînă la examinare. Prezenţa alimentelor în stomac poate, uneori, „mima” false tumori pancreatice sau ale lobului hepatic stîng. Cu 2-3 zile înaintea examinării se recomandă o alimentaţie săracă în celuloză. Ecografia cardio-vasculară. Transductorul emiţător de ultrasunete se aplică pe torace, la nivelul zonelor în care cordul sau vasele mari vin în contact nemijlocit cu peretele, fără interpunerea unor formaţiuni osoase(parasternal stâng, apical, subcostal, suprasternal). Metoda se poate efectua uniplan, biplan sau bidimensional şi tridimensional. Ecocardiografia Doppler (fascicul pulsatil sau continuu) furnizează informaţii asupra fluxului intracardiac. Metoda Doppler confirmă sau exclude diagnosticul de stenoză. Doppler-ul codificat color codifică fluxul sangvin prin culori. Ecocardiografia transesofagiană asigură o foarte bună evaluare a modificărilor patologice. Transductorii folosiţi sunt montaţi la extremitatea unui gastroscop modificat. O metodă superioară este ecocardiografia cu substanţe de contrast, care se efectuează după injectarea unor substanţe ecogene în curentul de flux sangvin. Ecocardiografia intracoronariană introdusă recent în practică, evidenţiază sediul şi structura plăcilor de aterom, evaluează rezultatele revascularizării şi detectează leziuni coronariene în segmente normale angiografic. Se poate efectua şi simultan cu cardioangiografia. Ecografia pulmonară permite diferenţierea dintre o formaţiune solidă(tumorală) şi una lichidiană (chistică). Se pot depista astfel chisturi bronhogene şi revărsate pleurale, care nu pot fi detectate radiologic. 26
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Ecografia ficatului şi căilor biliare este uşor de efectuat. Metoda dă detalii morfologice referitoare la dimensiunile ficatului, ecostructura sa (omogenă sau neomogenă), prezenţa unor formaţiuni (chisturi hepatice, tumori benigne sau maligne, hemangioame etc). Se evidenţiază şi sistemul vascular (artera hepatică, vena portă), căile biliare şi extrahepatice şi eventuale adenopatii la nivelul hilului hepatic. Arată diferite aspecte ale veziculei biliare (forma, dimensiune, grosimea pereţilor), prezenţa de calculi sau de tumori. Formaţiunile tumorale de dimensiuni mici,(sub 2 cm) nu sunt evidenţiate. Ecografia renală este o metodă rapidă şi repetabilă. Imaginea poate fi examinată şi în dinamică. Scoate în evidenţă detalii morfologice (poziţia rinichilor, ptoza renală, dimensiunile şi sistemul pielocaliceal), arată prezenţa de calcificări. Scoate în evidenţă şi tumori renale, vasele hilului renal şi ureterele. Ecografia Doppler este indicată cînd există suspiciunea de tromboză de arteră sau venă renală. Ecografia prostatei poate evidenţia adenoame de prostată, cancere prostatice (neomogenitatea structurii),
prostatite cronice
şi abcesul
prostatic. Cînd
este necesar se pot
face şi
ecografii
postmicţionale. Aceasta constă în efectuarea unei noi ecografii, după ce bolnavul a urinat complet după prima ecografie. SUBSTANŢE DE CONTRAST Structurile corpului uman care au densităţi apropiate nu pot fi diferenţiate între ele. Pentru a putea fi vizualizate se folosesc substanţele de contrast. Substanţele de contrast folosite, au: -Contrast negativ, care apar transparente (negre) pe radiografie- aerul; -Contreast pozitiv, care apar opace (albe) pe radiografie; Ex: substanţe pe bază de iod solubile, sulfatul de bariu; -Dublu contrast: asociere între bariu şi aer. Reacţii sistemice acute neprevăzute- administrarea de substanţe de contrast intravenos, produce reacţii diferite din partea organismului, reacţiile pot fi minore sau dramatice, foarte rar chiar decesul( 1:50000). Reacţiile minore pot fi mai frcvente(10%). O dată cu introducerea substanţelor non-ionice, acestea au scăzut. a)Reacţiile minore: greţuri, gust metalic, senzaţii de căldură, roşeaţa feţei, urticarie, erupţii cutanate, strănut, cefalee, ameţeli. Aceste manifestări dispar după oprirea injectării şi de regulă, nu necesită alt tratament în afară de oprirea injectării timp de 20-30 secunde şi nu mai reapar la continuarea injectării. b)Reacţiile moderate- necesită tratament, dar nu necesită terapie intensivă. Reacţiile pot fi de tip: -alergic (alergoid); -anafilactic(anafilactoid). 27
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Reacţii de tip alergoid sunt: urticarie, edem facial, spasme, stridor laringian, spasme laringiene, stridor inspirator, spasme bronşice, erupţii cutanate, strănuturi repetate, lăcrimare. În cazurile mai grave apar: diaree, dureri abdominale, vărsături, cefalee. Tratamentul se face prin: -administrare de oxigen; -administrare de adrenalină(epinefrină) subcutanat; -administrare de antihistaminice: inhibitori de H1sau inhibitori de H2. Reacţii de tip anafilactic: hipotensiune arterială, tahicardie, paloare, de regulă, se adaugă peste cele de tip alergoid. Se aplică acelaşi tratament. c)Reacţii severe:cuprind semnele şi simptomele şocului anafilactic. Apar semne cardiovasculare, respiratorii, neurologice. Tratamentul este cel specific şocului anafilactic. Profilaxia accidentelor severe se face în primul rând prin identificarea pacienţilor cu risc: alergici, taraţi, cu boli cardiovasculare, diabet zaharat şi căutarea altor investigaţii. Atunci când este posibil se vor folosi substanţe de contrast nonionice hipoosmolare. Dacă intervenţia este necesară, se va administra o premedicaţie ce constă din: -prednison 50 mg (10 tablete) per os, în două prize cu 12 ore şi respectiv 2 ore înaintea administrării substanţelor de contrast; -antihistaminice (Romergan), 1 fiolă cu o oră înaintea examinării.
RADIOTERAPIA Radioterapia reprezintă utilizarea radiatiilor ionizante în tratamentul anumitor boli, de obicei, al cancerelor. Termenul de radioterapie întrebuințat singur se referă mai ales la radioterapia externă, denumită radioterapie transcutanată sau teleradioterapie, în care sursa radiațiilor este exterioară bolnavului și produce un fascicul care atinge țesuturile profunde, după ce a traversat pielea și țesuturile superficiale. Radioterapia externă face apel la două tipuri de radiații ionizante: -radiații electromagnetice (radiații X, radiații Y); -radiații constituite din particule elementare infime(electroni, protoni, neutroni). Utilizează două surse de radiații: -radioelemente în sine (cobalt60), care sunt adesea, izotopi radioactivi ai unei substanțe; -aparate (acceleratori de particule) care pun în mișcare particulele elementare și trimit spre bolnav aceste particule sau radiația pe care acestea o produc. Indicații La doze slabe, radioterapia are un efect antiinflamator, utilizat uneori în tratamentul zonei zoster sau al keloidelor(cicatricele patologice). Totuși, indicația principală a radioterapiei este cancerul. O 28
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
radioterapie are drept obiectiv furnizarea unei doze suficiente pentru a trata tumora, protejând organele învecinate. Radiațiile ionizante acționează distrugând structurile cromozomice responsabile de diviziunea celulară, ceea ce antrenează moartea celulelor canceroase. Celulele sănătoase sunt atacate și ele, dar ele au o capacitate de restaurare mai mare. Acțiunea anticanceroasă a radiațiilor este utilizată în mod izolat sau asociată cu o alta metodă (chirurgie, chimioterapie). Astfel, radiochimioterapia (administrarea simultană a radiațiilor și a medicamentelor) este utilizată în caz de carcinom epidermoid al faringelui, bronhiilor, esofagului și canalului anal; radioterapia peroperatorie constă în iradierea unei tumori profunde cu electroni în cursul unei intervenții chirurgicale, după ce au fost date deoparte organele învecinate. Radioterapia are numeroase alte aplicații: radioterapia corporală totală este destinată pregătirii unei grefe de măduvă osoasă, pentru a trata anumite forme de leucemie sau de hematopatii; radioterapia cutanată totală utilizează electroni de slabă intensitate în tratamentul limfoamelor cutanate. Efecte nedorite Acestea sunt cauzate de atingerea celulelor sănătoase. Reacțiile precoce sunt reversibile în cateva săptămâni: radiodermita acută( roșeața cutanată, depilare), hipoplazie medulară (distrugere a celulelor sangvine ale maduvei osoase). Reacții tardive, care se produc uneori dupa mai mulți ani, sunt mai greu reversibile: radiodermita cronică( piele fină, uscată, cuperoasă), fibroza pulmonară (invadare a plămânilor de țesut fibros), întârziere a creșterii la copil, apariția altor cancere, tulburări genitale(menopauza precoce, sterilitate), anomalii ale gameților mai mult sau mai puțin transmisibile urmașilor. Prevenirea, de eficacitate sigură dar partială, se bazează pe precauțiile tehnice: doza de radiație și volumul corporal iradiat să fie cele mai mici posibile, diminuarea dozelor de administrat pe sedință și cresterea, în schimb, a numărului de sedințe.
29
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
ANEXE
ANEXA 1 NOŢIUNI DE FIZICĂ MOLECULARĂ A LICHIDELOR -Structura moleculei este determinată de forțele de atracție intramoleculare–legături chimice. -Structura supramoleculară este determinată de forțele intermoleculare. Starea de agregare lichidă- caracterizare: -Forțe de atracție intermoleculare importante; -Forțe de respingere neglijabile; -Volum propriu, fără formă proprie; -Moleculele lichidelor interactionează, în general, prin forțe electrice. Modele moleculare ale stării lichide: -Modelul cinetico-molecular (numai pentru molecule monoatomice); -Modelul cristalin; -Modelul vacanţelor fluidizate (Eyring); -Apa este un lichid complex și are modele speciale. Biofizica moleculară a apei Proprietăţile fizice ale apei: 1. căldură specifică foarte mare c = 4180 J/(kmol.K) Q = m ⋅ c ⋅ Δt; 2. căldură latentă de vaporizare mare; 3. conductibilitate termică foarte mare; 4. densitate maximă; 5. permitivitate electrică foarte mare; 6. constantă de disociere mică; 7. tensiune superficială mare. Apa are caldură specifică foarte mare- consecințe: -Absoarbe multă caldură pentru a-și crește temperatura; -Caldura absorbită este în mare parte folosită pentru ruperea legăturilor de hidrogen; -Reține multă caldură în procesul de racire; -Este rezistentă la răcire; -Prin formarea legăturilor de hidrogen se degajă energie; -Apa are un rol fundamental în termoreglarea organismelor (amortizor termic al organismelor). Apa are căldură latentă de vaporizare mare- consecințe: -Necesită căldură multă pentru ruperea legăturilor de hidrogen și pentru a se evapora; -În absența legăturilor de hidrogen, punctul de fierbere al apei ~ 90 grade C. 30
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
Apa legată este partea de apă din organism care este asociată cu diverse molecule sau substanțe hidrosolubile. Caracteristici: -se evaporă foarte greu; -îngheaţă la temperaturi mult sub 0°C; -nu dizolvă cristaloizii; -nu participă la osmoză; -este preponderentă în organismul uman. Structura şi rolul apei în sistemele biologice 1. apa “compartimentalizată”- are proprietăţi fizice deosebite:
apă liberă;
apă parţial legată;
apă legată.
2. apa intracelulară - grad superior de ordonare rol important în desfăşurarea proceselor celulare (excitaţie, contracţie, diviziune, secreţie). Proprietăţile apei din organism: -Se evaporă foarte greu (permite răcirea organismului prin evaporare pulmonară şi prin transpiraţie → homeostazie termică); -Îngheaţă la temperaturi foarte scăzute; -Nu dizolvă cristaloizii; -Capacitate calorică şi conductivitate termică mare→ împiedică încălzirea ţesuturilor. Rolul substanţelor tensioactive în medicină (micșorează tensiunea superficială a lichidelor): 1. în organism -cresc permeabilitatea membranelor fluide; -principiile alimentare trec prin substanţe tensioactive. 2. în terapie -adjuvante in prescripția farmaceutică, cresc permeabilitatea membranelor.
31
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
ANEXA 2 GHID DE UTILIZARE A EXAMENELOR RADIOLOGICE ŞI IMAGISTICE MEDICALE Radioprotecţia pacienţilor Se utilizează pentru aplicarea principiilor fundamentale de justificare şi optimizare, de către medicii care solicită sau realizează examene imagistice care folosesc radiaţiile ionizante. - Justificarea investigaţiilor este primul principiu al radioprotecţiei: stabilirea beneficiului net al unui examen în raport cu prejudiciul potenţial ce poate fi adus prin expunerea la radiaţiile ionizante. - Optimizarea practicilor este al doilea principiu al radioprotecţiei. În cazul în care un examen care utilizează radiaţiile ionizante este necesar (justificat), acesta trebuie optimizat: obţinerea informaţiilor diagnostice necesare cu utilizarea celei mai mici doze posibile. Ghidul de utilizare a examenelor radiologice şi imagistice medicale este un instrument esenţial pentru punerea în practică a principiului justificării. Ghidul este adresat întregului personal din sănătate, abilitat să solicite sau să efectueze examene imagistice medicale. Obiectivul principal: Reducerea expunerii la radiaţii a pacienţilor prin înlăturarea examenelor imagistice nejustificate. Întrebări înaintea unui examen de imagistică medicală: Un examen util este un examen al cărui rezultat – pozitiv sau negativ – modifică algoritmul de tratament al pacientului sau întăreşte diagnosticul clinicianului. Principalele întrebări pe care solicitantul trebuie să şi le pună sunt: 1. A fost efectuat deja acest examen? De exemplu, într-un alt spital, într-un serviciu de asistenţă medicală ambulatorie, în urgenţă. Trebuie făcut totul pentru a obţine rezultatele examenelor precedente. Atenţie la creşterea numărului de examene! 2. Am nevoie de acest examen? Nu, dacă rezultatele nu sunt susceptibile să modifice abordarea terapeutică a pacientului, deoarece rezultatul pozitiv aşteptat este în general fără impact asupra deciziei terapeutice sau rezultatul pozitiv este foarte improbabil. 3. Am nevoie de investigaţie acum? Cu alte cuvinte înainte ca boala să poată progresa sau să se vindece. Rezultatele imediate sunt de natură să influenţeze tratamentul? 4. Acest examen este cel mai indicat? În condiţiile unui impact clinic identic, trebuie preferate tehnicile neiradiante. Tehnicile imagistice evoluează repede, utilitatea unui examen este oportun să se discute cu un specialist în radiologie clinică sau medicină nucleară. A fost luată în considerare posibilitatea existenţei unei sarcini? Existenţa sarcinii, alăptarea, antecedente de intoleranţă la produsele utilizate, vârsta sunt elemente care pot influenţa alegerea tehnicilor imagistice; copiii sunt mai sensibili la radiaţiile ionizante.
32
Biofizică și imagistică medicală
Prof. Daniela Cojocaru
5. Am pus bine problema? Informaţiile clinice nepotrivite şi o formulare greşită a intrebărilor ce trebuie rezolvate de imagistică pot conduce la realizarea unui examen incorect (cu omiterea unor aspecte esenţiale, de exemplu). Reducerea expunerii pacienţilor prin utilizarea preferenţială a tehnicilor noniradiante (ecografie şi rezonanţă magnetică): dacă, pentru explorarea unei patologii, mai multe tehnici imagistice sunt considerate că aduc informaţii echivalente, este recomadată utilizarea unei tehnici noniradiante. Această recomandare trebuie să aibă în vedere că: - Fiecare tehnică imagistică este bazată pe un principiu fizic diferit şi aduce o informaţie specifică. Alegerea celei mai bune tehnici ii revine practicianului, care realizează investigaţia. Această responsabilitate de alegere finală a tehnicii este atribuită medicului realizator al investigaţiei, chiar în cazul dezacordului cu medicul solicitant. - Dacă tehnica imagistică solicitată nu este disponibilă, medicul realizator poate alege o altă examinare, eventual iradiantă, datorită necesităţii punerii unui diagnostic rapid. Îmbunătăţirea practicilor clinice prin raţionalizarea indicaţiilor de examene imagistice: recomandările „Ghidului” sunt adresate tuturor medicilor, generalişti şi specialişti, oricare ar fi activitatea lor. Totuşi, pentru a nu cădea într-o complexitate extremă, recomandările nu acoperă domeniul supraspecializărilor şi nu trebuie considerate reguli intangibile. Anumite patologii complexe pot necesita abordări diagnostice particulare, neavute în vedere în acest document. Aplicarea recomandărilor „Ghidului” ar trebui să conducă la o armonizare a practicilor medicale. Se poate aştepta o îmbunătăţire apreciabilă a coordonatelor sănătăţii publice şi economiei. Putem spune că Ghidul de utilizare a examenelor radiologice şi imagistice medicale este un ghid de utilizare corectă şi nu are în nici un caz pretenţia de tratare exhaustivă a tuturor situaţiilor clinice; practicienii sunt primii responsabili pentru justificarea actelor pe care le solicită sau pe care le efectuează. (Ghid de utilizare a examenelor radiologice şi imagistice medicale- Recomandări pentru personalul din sănătate. Lucrarea este transpunerea directivei europene 97/43 EURATOM. Versiunea in limba română a fost realizată de către Societatea de Radiologie şi Imagistică Medicală din România şi avizată de Comisia Naţională pentru Controlul Activităţilor Nucleare - CNCAN).
33
View more...
Comments