Fizika az orvostudományban

1. Fizika az orvostudományban

2. Röntgen A röntgensugárzás az elektromágneses sugárzás egyik formája, amelynek hullámhossza 10 nanométer és 100 pikométer közé esik. Nagyjából a 0,1 nm-nél hosszabb hullámhosszú röntgensugárzást nevezzük lágy röntgensugárzásnak, az ennél rövidebb hullámhosszúakat pedig kemény röntgensugárzásnak. A kemény röntgensugárzás és a gamma-sugárzás részben átfedi egymást, valójában az elnevezésben a sugárzás forrása számít, nem a hullámhossza: a röntgensugárzást nagy energiájú elektronfolyamatok hozzák létre, a gamma-sugárzás pedig atommag átalakulások során jön létre. A legalapvetőbb előállítási módja az, hogy elektront gyorsítanak, majd azt fém (gyakran volfrám) céltárggyal ütköztetik. A fém céltárgyban az elektron hirtelen lefékeződik, és ha elég nagy energiájú az elektron, akkor képes az atom belső héjon lévő elektronját kiütni. Az atom egy magasabb energiájú elektronja visszaesve az üressé vált szintre röntgenfotont bocsát ki.

3. Wilhelm Röntgen felfedezése és annak körülményei 1895-ben Wilhelm Röntgen vizsgálni és jegyezni kezdte az otthonában végzett Crookes-csöves kísérleteit.Azt vette észre, hogy egy fotólemez, ami egy asztal alsó fiókjában volt rejtélyes módon fényt kaphatott, mert egy kulcs képe jelent meg rajta. A helyiségben az egyetlen kulcs ugyanennek az asztalnak a felső fiókjában volt. A fotólemezen ennek a kulcsnak a képe jelent meg. Röntgen észrevette, hogy az asztal és a fiókok úgy helyezkednek el, hogy a falra szerelt Crookes-csővel egy vonalban vannak. Azonban a Crookes-cső nem bocsátott ki látható fényt és nyilvánvaló volt, hogy fény nem kerülhetett úgy az alsó fiókba a fotólemezre úgy, hogy közben a felső fiókban lévő kulcs képe a lemezre kerüljön. Bármi volt is, ami a képet létrehozta, a kulcson nem haladt át, ezért az a rész sötét maradt a fotólemezen. A Crookes-csőből kiáramló sugárzást katód sugárzásnak nevezzük, aminek a létezését akkoriban nem tudták biztosra Röntgen feltételezte, hogy ez a katódsugárzás lehet az oka a fotólemezen megjelenő képnek. Kísérleteivel bizonyította ezeknek a sugaraknak a létezését.

4. Röntgensugár felhasználása Röntgenvizsgálatok: tüdőszűrő, gyomor-bélrendszer, vese, húgyutak, epehólyag, epeutak,erek, szív, nyirokerek, hörgők vizsgálata. A röntgensugarakat nem csak diagnosztikai célból alkalmazzák, hanem gyógyításra is. A szervezet különböző sejtjein nem egyformán reagálnak a sugárzásra. Legérzékenyebbek a nyirokszervek, a csontvelő, a nemi szervek, a daganatsejtek. Ezert elsősorban a rosszindulatú daganatok kezelésére használjak.

5. Ultrahang Az ultrahang egy nagyfrekvenciás hanghullám. Emberek számára nem hallható, de az állatok közül sokan hallják, közismert, hogy a kutyák reagálnak rá. A denevérek, a bálnák és a delfinek maguk is állítanak elő ultrahangot a tájékozódásuk során. Az echotechnika az első időszakban elsősorban a hajózásban, majd az anyagvizsgálatban fejlődött. Eredetileg visszhangos helymeghatározásra, tengeralattjárók és más, víz alatti tárgyak észlelésére és azonosítására használták, hasonlóan ahhoz, ahogy az említett állatok. Az orvosi felhasználása az ultrahangnak agytumor és agykamrák kimutatásával kezdődött az 1940-es években, majd kiterjedt szívbillentyűk vizsgálatára, idegsebészetre, szülészetre, illetve a nőgyógyászatra. Legtöbb embernek is az ultrahangról egyből a magzat fejlődésének végigkövetése jut eszébe.

6. Ultrahang

7. Mágneses rezonancia képalkotás Működésének alapja az 1946-ban leírt mágneses magrezonancia fenomén. Mágneses erőtér hatására a testet alkotó molekulák rezgésbe kerülnek, ezzel a módszerrel - egy számítógéphez kapcsolt mágnes segítségével - az egymástól eltérő rezgésszámú molekulákat a röntgenfelvételhez hasonló módon lehet ábrázolni, így a test belsejéről részletgazdag képet lehet készíteni. A MRI az egyes szervek víztartalmának különbözőségét aknázza ki - például a beteg szövetek víztartalma meghaladja az egészséges szövetekét. A készülék a vízmolekulák mágneses erőtér, és rövid időn keresztül alkalmazott rádiófrekvenciás sugárzás hatására bekövetkező elmozdulását értékeli, és ennek elemzésével állít elő képet.

8. MR berendezés Az MR készülék fő része a mágnes, ami úgy van kialakítva, hogy a beteg a mágneses tér közepén fekve helyezkedhessen el. Technikailag kétféle típus létezik, az alagút rendszerű és a nyitott mágnes. Az alagút tulajdonképpen egy tekercs, mely szupravezető anyagbol készül, amit héliumfürdő tart az abszolut nulla fok közelében. A mágnes térereje általában nagyobb, mint a nyitott mágnes esetében, 1, 1,5, 3 Tesla.

9. Elektrokardiográfia-EKG Az elektrokardiográfia alapját Willem Einthoven holland kutatóorvos vetette meg 1903-ban.Kezdetben a látás és légzés élettanával foglalkozott, majd figyelmét felkeltette a húros galvanométer, melynek segítségével sikerült olyan készüléket kifejleszteni, ami a lehetővé tette az elektrokardiogram precíz rögzítését. 1908-ban standardizálták, vagyis meghatározták az EKG-elektródok elhelyezését a betegeken, hiszen csak ilyen feltételek mellett lehet összehasonlító és értékelhető felvételeket készíteni. Annak ellenére, hogy önmagáról azt mondta, ő csak egy egyszerű közönséges professzor, 1924-ben munkásságának elismeréseként megkapta az élettani és orvosi Nobel-díjat. Ma már elképzelhetetlen EKG-vizsgálat nélkül a kardiológia területén végzett bármilyen kutatás, vagy a betegek gyógykezelése.

10. EKG

11. EKG működésének alapjai Ez a diagnosztikai eszköz a szív elektromos aktivitását figyeli, a szív működését vezérlő elektromos impulzusokat regisztrálja, papírra vagy képernyőre vetíti. A mellkasra, a két karra és az egyik lábszárra gondosan megnedvesített elektródokat (apró, fém érintkezőket) helyeznek, melyeket vagy úgy ragasztanak fel, vagy rövid övvel erősítik a végtaghoz, vagy vákuum segítségével tartják a szükséges helyen. Ezek az elektródák minden egyes szívműködés alatt mérik az elektromos tevékenység nagyságát, irányát és dróttal kapcsolódnak egy géphez, amely az általa felfogott impulzusokat felerősíti és vonalként rögzíti a mozgó milliméterpapíron. Érdekesség, hogy egy németországi cég egy olyan mobiltelefont fejlesztett ki, mellyel lehet EKG vizsgálatot készíteni. A mért adatokat pedig kiértékelik, és baj esetén a GPS kordináták alapján mentőt küldenek.

12. Mesterséges szívritmus szabályzó - pacemaker A szív alapvető feladata az emberi testben, hogy keringésben tartsa a vért. A szív fő tömegét a szívizomszövet képezi, melyen belül található a szív négy ürege, a két pitvar és a két kamra; ezeket jobb és bal pitvarnak, jobb és bal kamrának nevezik. Az emberi szív részei külön-külön ritmus szerint is ingerületbe kerülhetnek. Ha az ingerületvezetésben zavar támad a pitvarok és a kamrák között, a pitvarok gyorsabban, a kamrák lassabban dobbannak. Ha a kamrák ritmusa túl lassú a keringés fenntartásához, akkor pacemaker beültetésével vezérlik a szívet, amely 60-70/perc gyakorisággal ad 30 elektromos impulzust. Az áramforrást néhány évente cserélni kell. Ma már elterjedtebbek az ún. készenléti pacemakerek, amelyek működése függ a szív frekvenciájától; csak akkor lépnek működésbe, ha arra szükség van.

13. Pacemaker

14. Források Sáli Ágnes: Orvos terápiai és diagnosztikai eszközök fizikai alapjainak tanítása középiskolában Fizika Szemle 1996/3 Holics László: Fizika www.google.hu Dr. Jurisits József és Szűcs József: Fizika www.stanfordhospital.org www.muschealth.com Keith Claxton: Wilhelm Röntgen Fizika füzetem: 26-27. óra www.Mri-planning.com Készítette: Kisfaludi Márton