Undele Electromagnetice - Aplicatii in Medicina [PDF]

Zitiervorschau

Undele electromagnetice - scurta prezentare -

Campul electric si campul magnetic sunt doua aspecte ale unei forme de existenta a materiei, care se numeste camp electromagnetic. Acestea sunt, deci, in interconexiune, conditionandu-se reciproc. Campul electromagnetic este un camp rotational si se propaga in spatiu sub forma de unde electromagnetice cu o viteza care depinde de pemitivitatea si permeabilitatea mediului considerat. Frecventa undelor obtinute este egala cu frecventa cu care se deplaseaza electronii. Cu cat mai mare este frecventa, cu atat mai multa energie este transportata in acelasi interval de timp. Analog cu ceea ce se petrece in cadrul undelor elastice, poate fi definita o marime numita lungime de unda a undelor electromagnetice, si care este egala cu distanta cu care se propaga campul electromagnetic in timpul unei perioade de oscilatie a dipilului. Undele electromagnetice se propaga in aer cu viteza luminii, aproximativ egala cu viteza lor de propagare in vid. Conform acestei teorii, emise de J. C. Maxwell in 1865, lumina si radiatiile asemanatoare (radiatiile infrarosii, ultraviolete, etc.) sunt tot de natura electromagnetica, diferind intre ele prin lungimile de unda. Tipuri de unde Undele hertziene (unde lungi, medii, scurte, ultrascurte, microunde) sunt emise de oscilatiile electronilor din antenele emitatoare folosite in sistemele de radiocomunicatii si microunde (televiziune, radar, cuptoare). Radiatiile infrarosii sunt unde electromagnetice emise de corpurile calde, fiind si una din cele trei categorii in care sunt impartite radiatiile solare (radiatiile infrarosii, lumina vizibila si radiatiile ultraviolete). Ele se obtin prin oscilatiile moleculelor, atomilor si ionilor, iar amplitudinile lor depind de temperatura corpurilor si de tranzitiile electronilor catre invelisurile interioare ale atomilor, cu nivele energetice inferioare. Sunt puternic absorbite de apa sau de alte substante si produc incalzirea acestora. Si corpul uman absoarbe aceste raze si percepandu-le ca si caldura. Radiatiile sunt folosite in diferite procese de incalzire si uscare, in construirea detectoarelor cu lumina infrarosie, pentru retinerea pozelor pe filme sensibile la lumina infrarosie, la fotocopiatori termici. Radiatiile vizibile sunt percepute de ochiul uman. Sunt emise de soare, stele, lampi cu filamente incandescente a caror temperatura poate ajunge atinge 2000 - 3000˚C, tuburi cu descarcaturi de gaze, arcuri electrice. Emisia luminii se obtine in urma tranzitiilor electronilor pe nivele energetice inferioare atomilor. Radiatiile ultraviolete sunt emise de soare, stele, corpuri incalzite puternic si vaporii de mercur din tuburi de sticla speciala de cuart (care nu absoarbe acest tip de radiatii). Radiatiile continute in lumina solara se absorb in mare parte in stratul superior al atmosferei. Cu cat altitudinea creste, cu atat cresc radiatiile ultraviolete.

Radiatiile X sunt emise de tuburi speciale, numite Roentgen, in care sunt accelerati, in campuri electrice intense, electroni, astfel incat acestia patrund in interiorul invelisurilor electronice ale atomilor anodului sau gazului din tub si smulg electroni din straturile de langa nuclee. In urma franarii acestor electroni si in urma tranzitiilor ulterioare ale electronilor de pe nivele cu energii mici (straturile K,L). Radiatiile cosmice si radiatiile γ sunt emise in procesele de dezintegrare nucleara si in reactiile nucleare din soare, stele (acestea sunt absorbite de atmosfera) si in reactoarele nucleare terestre. Sunt cele mai penetrante, avand frecvente si energiile cele mai mari. In continuare, vom prezenta cateva din utilizarile undelor electromagnetice in domeniul medicinei.

Tomografia computerizată Tomografia computerizata (CT) foloseste razele X pentru a crea imagini detaliate a structurilor din interiorul corpului. Este folosita pentru a investiga diferite parti ale corpului precum pieptul, abdomenul, pelvisul sau membrele. De asemenea, poate realiza imagini ale organelor, precum ficatul, pancreasul, intestinele, rinichii, glandele suprarenale, plamanii si inima. De asemenea, poate oferi informatii asupra vaselor sanguine, oaselor si coloanei vertebrale. In timpul scanarii se poate folosi si fluoroscopia, metoda ce foloseste un fascicul stabil de raze X, pentru a vizualiza motilitatea si aspectul diferitelor parti ale organismului. Sunt absorbite diferit de muschi si oase si impresioneaza placile fotografice. Inainte de efectuarea tomografiei computerizate medicul trebuie sa stie urmatoarele: - daca femeia este sau poate fi insarcinata - daca femeia alapteaza: in acest caz trebuie sfatuita sa apeleze la alimentatia artificiala pentru 1 sau 2 zile dupa folosirea substantei de contrast necesara efectuarii tomografiei - daca pacientul este alergic la vreun medicament, inclusiv la substanta de contrast - daca are vreo afectiune cardiaca, precum insuficienta cardiaca - daca are diabet zaharat si daca foloseste metforminul ca medicament hipoglicemiant - daca are sau a avut vreo afectiune renala - daca are astm bronsic - daca are probleme cu glanda tiroida - daca pacientul este claustrofobic (devine nervos in spatii inguste); in acest caz, pacientul va trebui sedat. Riscul de aparitie a unor probleme in timpul efectuarii tomografiei este mic: - substanta de contrast poate determina reactie alergica - in cazul in care pacientul are diabet zaharat si este in tratament cu metformin, substanta de contrast poate duce la aparitia unor probleme - exista un mic risc de aparitie a cancerului dupa CT datorita razelor X; riscul este mai mare la copiii sau la persoanele care au avut multiple examinari cu raze X in antecedente. Medicul va trebui informat de numarul expunerilor la radiatii inainte de efectuarea investigatiei. Tomografia computerizata cu fascicul de electroni, este un alt tip de CT folosita pentru decelarea aterosclerozei si a bolilor coronare; acest tip de tomografie este mult mai rapida decat tomografia computerizata standard si realizeaza imagini ale arterelor coronare in timp ce inima bate; acest tip de investigatie nu este insa disponibila in multe tari; CT-ul "multislice" este la fel de rapid ca tomografia cu fascicul de electroni, dar accesibilitatea sa este mult mai mare.

Angiografia arata imagini bi sau tri-dimesionale ale vaselor sanguine, mult mai performante comparativ cu CT-ul clasic. "Calcium scoring" cardiac, este un nou tip de tomografie computerizata folosita pentru a determina riscul unui individ de a dezvolta boala coronariana; aceasta nu este inca disponibila in multe tari; expertii se contrazic asupra importantei acestui test, in special asupra aplicabilitatii sale la persoanele ce nu fumeaza si nu au alti factori de risc pentru boli cardiovasculare. Rezonanta magnetica nucleara (RMN) poate furniza mai multe informatii decat CT-ul clasic in anumite afectiuni; totusi, CT-ul reda imagini mai bune asupra oaselor si a hemoragiilor decat RMN-ul. Expertii nu sunt de acord cu folosirea CT-ului pentru scanarea intregului corp cu scopul realizarii unui screening pentru boli vasculare sau cancer; scanarea intregului corp este costisitoare si poate creste riscul de aparitie a cancerului; majoritatea medicilor nu recomanda aceasta scanare decat daca pacientul are un risc pentru o anumita boala.

Laserul

Laserul (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) este echivalentul acţiunii de amplificare a luminii prin stimularea emisiei de radiaţii. Laserele sunt dispozitive care amplifica lumina si produc raze clare de lumina, ce trec rapid din infraroşu in ultraviolet. O raza de lumina este clara atunci când undele sau fotonii ei se propaga toate împreuna. De aceea, lumina laser, poate fi extrem de intensa, foarte direcţionata (sub forma uni fascicul) si foarte pură in culoare (in frecvenţă).Acum dispozitivele laser lucrează in gama de frecventa a razelor X. Intensitatea razei laser, poate tăia, cauteriza si evapora vase de sânge si leziuni fară a afecta ţesuturile sănătoase. Tehnica laser este intens folosita si in cercetarea medicala, in depistarea afecţiunilor si obţinerea tratamentelor biologice. Eficienta, viteza, absenta durerii, caracterul aseptic, lipsa limitelor de vârsta si a efectelor secundare - acestea sunt caracteristicile exceptionale ale laseroterapiei. Abstractie facând de folosirea de data relativ recenta a laserilor¦ în medicina, în ultimii ani literalmente sfera de utilizare a acestora a crescut atât de mult încât acum a aparut ideea de a delimita domeniile în care se foloseste laseroterapia: 1) în clinica boilor interne ( la îmbolnavirea sistemelor cardiovasculare, respiratorii, genitourinare, organelor digestive); 2) în chirurgie, traumatologie si ortopedie; 3) în clinica neurologica (în bolile si traumele sistemului nervos central si periferic, afectiunile vegetative); 4) în bolile de piele ; 5) în practica pediatrica; 6) în unele boli ale sistemului endocrin si afectarii metabolismului; 7) în obstretica si ginecologie; 8) în stomatologie; 9) în otorinolaringologie; 10) în oftalomologie.

Urmare a nenumaratelor cercetari, s-a constatat ca radiatia laser de nivel energetic mic are actiune antiinflamatorie, desensibilizatoare, de alinare a suferintei, spasmolitica, antiedematica, stimuleaza procesele metabolice, regenerative si imunizatoare. Aprobarea laseroterapiei facuta în diverse conditii clinice a evidentiat existenta unui specific anume al influentei ei. Spre deosebire de chirurgia cu laser, care foloseste instalatii laser de mare intensitate ( zeci de wati si peste ), în laseroterapie se foloseste radiatia laser a carei putere se masoara în miliwati. Fara a afecta celula si tesutul, ea are un efect biostimulator pronuntat, care activeaza cele mai importante procese vitale ale organismului.

Osciloscopul catodic Osciloscopul catodic este un aparat de masurare sau observare, care utilizeaza unul sau mai multe fascicule de electroni pentru a da o reprezentare a valorilor instantanee ale semnalului electric masurat in functie de diverse marimi variabile, dintre care cel mai des intâlnita este timpul. Aceasta reprezentare se realizeaza pe ecranul unui tub catodic, de unde si denumirea de osciloscop catodic. Este instrumentul tipic de analiza a semnalelor in domeniul amplitudine-timp. Osciloscopul a devenit tot mai mult un aparat universal de masurat, datorita numarului mare de parametri ai semnalelor electrice care se pot analiza: perioada, frecventa;timpi de crestere, de cadere ai fronturilor impulsurilor;intârzierea, durata, factorul de umplere. Alături de multe alte domenii, medicina a beneficiat din plin de perfecţionările aduse aparaturii electronice.În anul 1960 , firma Lockheed, a anunţat producerea unui transmiţător MF portabil, datele de la electrozii plasaţi pe corpul uman fiind transmise la un receptor ce permitea efectuarea electrocardiogramei (EKG). Din totalul echipamentelor electronice medicale : 1,0% sunt electrocardiografe;1,5% sunt electroencefalografe ; 8,9% sunt echipamente de diagnosticare, de baleiaj, cu ultrasunete;7,4% sunt sisteme de monitorizare;4,2% monitoare pentru presiunea sângelui Osciloscopul a fost folosit de cercetătorii de la Universitatea Colorado pentru producerea unei imagini în două dimensiuni, similară cu cea executată cu raze X, utilizând ultrasunete în impulsuri. În medicină sunt folosite osciloscoape cu memorie (analogice). Pe suprafata interioara a tubului de sticla se depune un strat metalic fin, transparent M; efectul de memorie este realizat cu granule dintr-un material luminescent dispersate, lipite de pelicula M. Tubul prezintă un tun electronic principal TP, care emite electroni rapizi , purtatori de informaţie, si două tunuri de întreţinere, auxiliare, TA, care emit electroni lenţi răspândiţi pe toată suprafaţa ecranului cu electrodul de colimare EC, format dintr-o patură metalică subţire depusă pe suprafaţa interioară a tubului.Electronii rapizi produc la impactul cu ecranul o puternică emisie secundară, deci stratul G se incarcă pozitiv. Fascicolul de electroni lenţi care loveşte ecranul poate produce urmatoarele efecte: pe zona neatinsa de fascicolul de "scriere" se acumuleaza electroni, fara a produce emisie secundara (deci luminescenta) ;pe zona atinsa de fascicolul de "scriere", datorita sarcinii pozitive, electronii sunt accelerati, produc emisie secundara si mentin oscilograma, chiar dupa disparitia tensiunii(în cazul medicinii a ritmului cardiac) de studiat. Pentru stergerea oscilogramei (vizualizata initial de fascicolul emis de tunul principal TP si apoi memorata cu ajutorul fasciculelor emise de tunurile auxiliare TA) se aplica un potential pozitiv, de valoare mare, pe electrodul M. Ecranul osciloscopic este folosit şi în ecocardiografie(ultrasonocardiografie).Ea foloseşte un ecograf cu cristal piezoelectric care se aplica pe toracele bolnavului; ecourile captate sunt convertite în energie electrică, amplificate şi expuse pe un ecran osciloscopic, sub forma unor puncte sau linii verticale, mişcătoare. Astfel, se cercetează ecoul (şi totodată funcţia) valvulei mitrale, apoi a celor aortice, tricupside şi pulmonare.

Moartea cu raze X Sute de medici si pacieti se expun zilnic pericolului de a fi iradiati peste limita maxima si de a se imbolnavi de diverse forme de cancer din cauza aparaturii radiologice foarte vechi din spitale. Spre exemplu, un doctor care lucreaza cu un aparat cu raze Roentgen mai vechi de 20 de ani, se poate imbolnavi mult mai usor de cancer de colon. In acelasi timp si pacientii devin predispusi pentru cancerul de colon sau pentru alte boli specifice iradierii. Pe de alta parte, o pacienta care alege sa isi faca o mamografie si foloseste un aparat foarte vechi este posibil sa nu primeasca un diagnostic sigur, deoarece uzura aparatului respectiv impiedica de multe ori detectarea unor celule cancerigene, aflate in primele stadii de dezvoltare. In spitalele din Romania se afla, la ora actuala, in jur de 1.400 de aparate de radiografie mai vechi de 20 de ani, considerate de specialisti extrem de periculoase. Iar Galatiul se situeaza pe primul loc in ceea ce priveste uzura acestor aparate. Boala de iradiere cuprinde ansamblul de modificari produse, in organism, sub influenta radiatiilor ionizante. Etiologie: boala de iradiere este produsa de agentii ionizanti (care produc ioni), cum sunt radiatiile electromagnetice (razele Rontgen) sau radiatiile corpusculare (a, b cu neuroni). Boala de iradiere poate surveni in urmatoarele imprejurari: - in explorari medicale (radioscopii, radiografii repetate sau explorarile cu izotopi radioactivi); - in Tratamentul, mai ales, al tumorilor maligne, cu energie ionizanta (raze Rontgen, izotopi radioactivi); - in explorari nemedicale, in industrie, unde cu ajutorul radiatiilor ionizante se verifica calitatile unor materiale; - prin explozia bombelor atomice.Patogenie: iradierea poate fi externa (razele Rontgen, gamma) sau interna (prin pulbere radioactiva, care poate patrunde in organism pe cale digestiva, inhalatie sau, mai rar, prin rani). Prin iradiere se produc tulburari metabolice, endocrine si nervoase.