SUBIECTE BIOFIZICA MEDICALA

Rezonanta magnetica nucleara (descrierea fenomenului, parametrii, secvente)

DESCRIERE 1. In absenta unui factor extern, momentele magnetice nucleare sunt indreptate in toate directiile a.i, momentul total si magnetizarea sunt nule. In urma interactiei cu un camp magnetic extern, momentele magnetice ale neutronilor si protonilor se pot "orienta" dupa doua stari posibile: paralel sau antiparalel fata de camp, obiectul introdus in camp prezentand o magnetizare. in cazul analizei MRI: pacientul va fi situat intr-un camp magnetic exterior (B₀=1T) (orientat in lungul pacientului) care orieteaza, initial, momentele magnetice ale protonilor, Momentele magnetice vor executa o miscare de precesie in jurul campului extern. 2. Pasul doi presupune trimiterea unui puls de radiofrecventa (10⁷-10⁸Hz) catre pacient. La interactia cu un puls electromagnetic, B₁, miscarea momentelor magnetice ale protonilor (ce preceseaza in jurul directiei date de campul extern B₀) se modifica printr-o noua miscare care poarta numele de NUTATIE, ce presupune modificarea unghiului de precesie. ! pentru a reusi sa transmita energia necesara procesului de nutatie pulsul elecromagnetic trebuie sa fie rezonant cu miscarea de precesie. Acest fapt se traduce prin egalitatea frecventei de precesie cu frecventa pulsului electromagnetic 3. etapa 3 incepe dupa incetarea pulsului de radiofrecventa si presupune culegerea si interpretarea semnalului pe care il emit momentele magnetice care revin la pozitia initiala . In momentul incetarii actiunii pulsului extern, momentele magnetice (deci si magnetizarea) au tendinta de a reveni la starea initiala (cea in care preceseaza in jurul campului magnetic extern). Acest proces de relaxare este caracterizat de cst, precum densitatea protonica si timpii de relaxare. PARAMETRII *T1* - timp de relaxare longitudinal - timp in care componenta paralele cu directia campului extern revine la valoare initiala *T2* - timp de relaxare transversal - timp in care componenta perpendiculara (transversala) pe directia campului extern revine la marime initiala (0) Cei 3 parametrii T1, T2 si ρ diferentiaza organele si tesuturile intre ele precum si tesutul patologic de tesut sanatos. Faptul ca exista 3 parametrii care pot fi folositi, face dinMRI o unealta imagistica deosebit de puternica: daca doua organe sau tesuturi furnizeaza semnale apropiate intr-unul din parametrii atunci se poate obtine o imagine noua folosind un alt parametru SECVENTE - puls de 90⁰ - puls de radiofrecventa care, aplicat sistemului analizat, produce o basculare cu 90⁰ a vectorului moment magnetic, M₀ - puls de 180 - puls de radiofrecventa care, aplicat sistemului analizat, produce o basculare cu 180⁰ a vectorului moment magnetic, M₀ - "ecoul" - reprezinta semnalul masurat (deci semnalul de interes) obstinut in urma aplicarii unor secvente de pulsuri ( de 90⁰ sau 180⁰) - TR, timpul de repetitie, reprezinta timpul de la inceputul unei secvente si pana la inceputul secventei urmatoare - TE, timpul de ecou, reprezinta timpul de la inceputul unei secvente pana la masurarea ecoului TR>TE Posibilitati de a efectua o masuratoare - TR si TE scurti - TR lung si TE scur - TR lung si TE lung

Principiul II al termodinamicii; Entropie

ENUNT : *Evolutia naturala a unui sistem este catre o stare caracterizata de entropie maxima* - P2TD completeaza P1, stabilind directia de evolutie a proceselor naturale si faptul ca intr-un proces real, ireversibil, nu toata cantitatea de caldura primita poate fi transformata in lucru medanic - P2TD este in directa legatura cu entropia (S) dS = (dQrev)/T sau dS >= (dQ)/T *S* = entropia *dQrev* = caldura cedata intr-un proces reversibil *dQ* = caldura cedata intr-un proces real (ireversibil) *T* = temperatura absoluta a sistemului S = k8lnW ; k8=cst lui Boltzamann si W= probabilitatea de realizare a starii respective ENTROPIA descrie starea de dezordine a unui sistem, dezordine insemnand probabilitate mare de obtinere a starii respective. CONCLUZIE S-maxim = W-maxim => ca orice sistem evolueaza in mod natural (spontan) spre o stare de dezordine.

Difuzie

transport pasiv Difuzie simpla - exprimare a miscarii de agitatie termica, fiind descrisa de legile difuziei; forta motrice este gradientul de concentratie pe cele doua fete ale membranei A) matricea lipidica - subst care pot fi "dizolvate" in membrana: alcooli, ac. grasi, anumite medicamente B) canale ionice - structuri existente in matricea lipidica care permit trecerea anumitor ioni de pe o fata pe alta a membranei b1- selective b2- neselective Difuzie facilitata - cu ajutorul moleculelor transportatoare fara proprietati enzimatice a) transportori difuzabili b) formatori de pori

Legaturi covalente, ionice, Van der Waals, de hidrogen

*A) Legaturi covalente* - legaturi obtinute prin intrepatrundereaa orbitalilor electronici atunci cand atomii constituenti au electroni neimperecheati in paturile de valenta - sunt legaturi - puternice (datorita intrepatrunderii orbitalilor) - directionale (deoarece se realizeaza pe directia pe care se intrepatrund orbitalii) - saturabile (deoarece un orbital se poate intrepatrunde doar cu un alt orbital si nu cu mai multi) *B) Legaturi ionice* - se datoreaza schimbului de electroni - sunt legaturi nedirectinoale (deoarece campul electric al unei sarcini electrice nu are o directie preferentiala) - sunt legaturi nesaturabile (deoarece un ion poate interactiona, in acelasi timp, cu un numar nelimitat de alti ioni) *C) Legaturi Van der Waals* - legaturi de atractie la distanta medie si de respingere la distanta foarte mica - se datoreaza interactiei momentului dipolar al unei molecule cu momentul dipolar al alteia - legaturi nesaturabile si nedirectionale ! Forte de tip van der Waals pot aparea si intre molecule care nu au un moment dipolar permanent si au ca sursa momentele dipolare instantanee ale moleculei respective ! *D) Legaturi de hidrogen* - se formeaza intre un atom de hidrogen (care este deja implicat intr-o legatura covalenta) si un alt atom ce are caracter electronegativ (si face, la randul lui, parte dintr-o legatura covalenta) - legatura slaba, saturabila si directionala - imporanta pentru materua vie Ex: in procesele de modificare conformationala pentru un numar mare de proteine, in formarea moleculelor de acizi nucleici etc.

Functii termodinamice (H, F, G)

*H* = entalpie = U + pV *F* = energie libera = U- TS *G* = energie libera Gibbs (entalpia libera) = U-TS + pV U = energie interna S = entropie V = volumul sistemului p = presiunea T = temperatura absoluta

Legea lui Beroulli. Ecuatia de continuitatea. Legea Hagen-Poiseulle

*Legea lui Bernoulli*: suma presiunilor statica, dinamica si de pozitie este o constanta in lungul unui tub de curent. p+(densitate*v²)/2 + densitate*g*h = cst p=presiunea statica densitate=densitatea fluidului h=inaltimea v=viteza fluidului *Ecuatia de continuitate* : in lungul unui tub de curent produsul intre aria transversala si viteza este cst Sv=cst, S ~ r² *Legea Hagen-Poiseulle* exprima distributia vitezelor in cazul curgerii fluidelor printr-o conducta. Q=π∆Pr^4/ 8lniu Q=debit volumetric=V/T

Aplicatii la circulatia sangelui a ecuațiilor Bernoulli şi de continuitate

*Legea lui Bernoulli*: suma presiunilor statica, dinamica si de pozitie este o constanta in lungul unui tub de curent. p+(densitate*v²)/2 + densitate*g*h = cst p=presiunea statica densitate=densitatea fluidului h=inaltimea v=viteza fluidului *Ecuatia de continuitate* : in lungul unui tub de curent prosudul intre aria transversala si viteza este cst Sv=cst, S ~ r² --------------APLICATII--------------------- *ARTEROSCLEROZA* a) debit cst - ingustarea unui vas sanguin => *creste viteza de curgere* - conform ecuatiei de continuitate *daca raza tubului (prin care are loc curgerea) SCADE de 2 ori => viteza sangelui creste de 4 ori* - privind ecuatia lui Bernoulii - se observa cum cresterea in viteza a curgerii se face pe seama scaderii in presiunea (statica) ! scaderea presiunii, in interiorul vasului, poate duce la o stenoza mai accentuata sau chiar la blocarea totala a curgerii (ischemie). Acest fenomen se datoreaza presiunii din ext vasului sangvin, presiune care nu este afectata si care ramanand la valoarea initiala, apasa asupra peretilor vasului din exterior, provocand o si mai mare reducere a diametrului vasului. b) crescand viteza de curgere, se poate atinge viteza critica si deci, pot aparea manifestari ale *curgerii turbulente* - curgerea nu mai este paralela cu peretii vasului ci are componente indreptate spre peretii vasului, componente ce transfera energie peretilor vasului si *pot disloca bucati din placa depusa*, bucati care ajunge libere in SC pot sa blocheze total curgerea c) datorita depunerii de placa pe peretii vasului *proprietatile elastice ale acestuia sunt afectate*. - daca in mod natural, frecventele de rezonanta sunt in domeniul 1-2 KHz, odata cu aparitia stenozeo ele *descresc* - deoarece curgerea pulsata a sangelui prezinta si ea componente de frecvente de ordinul sutelor de Hz, ea poate intra in rezonanta cu peretii vasului, ducand astfel la un transfer maxim de energie de la curgere la perete; acest fapt poate desprinde portiuni de pe placa si bloca curgerea (ischemie).

Numere cuantice. Principiul de excluziune al lui Pauli

*Numere cuantice* - 5 parametri ce caracterizeaza pozitiile si energia atomului - *- n -* - numar cuantic principal - valori posibile: intregi, pozitive 1,2,3 .... Infinit - exprima pe ce patura se gaseste electronul respectiv (cat de departe de nucleu si ce energie are electronul) *- l - (L)* - numar cinetic orbital - valori posibile: numere intregi 0,1,2....n-1 (n= numar cuantic principal) - exprima forma pe care o are orbitalul si descrie, practic, distributia spatiala de sarcina negativa din jurul nucleului orbitali s → l =0 orbitali p → l =1 orbitali d → l =2 orbitali f → l =3 *- mL -* - numar cuantic magnetic - valori posibile: numere intregi -l, -l+1,...-1,0,1,....+l - exprima modul in care electronii (o sarcina in miscare = curent electric) interactioneaza cu campuri magnetice externe *- s -* - numar cuantic de spin - valori posibile, incazul electronilor: +1/2 *- ms -* - numar cuantic magnetic de spin - doua valori posibile: +1/2 sau -1/2 --- Principiul de excluzie al lui Pauli --- *in jurul aceluiasi nucleu nu pot exista doi electroni care sa aiba toate numerele cuantice identice.* adica: doua obiecte nu pot ocupa, in acelasi timp, acelasi loc in spatiu

Presiune osmotica. Legea van't Hoff

- Consideram un vas care contine o solutie impartita in doua faze de o membrana semipermeabila - aceasta membrana lasa sa treaca doar apa, dar nu nu si substanta A (proteina, un anumit tip de ion, etc) !daca, initial, concentratia de substanta A este egala in cele doua faze, acestea sunt in echilibru. - daca marim concentratia de substanta A intre-unul dintre compartimente (sa zicem in faza II), deoarece subst. A nu poate trece prin membrana pentru a se egaliza concentratiile celor doua amestecuri, *echilibrul se realizeaza prin trecerea apei din compartimentul fazei I in cel de-al doilea* Acest fenomen poate fi privit ca o diluare a substantei A, dar nu prin plecarea de molecule de tip A, ci prin cresterea volumului de apa in care sunt dizolvate acestea. Acest proces poarta numele de osmoza si descrie trecerea apei din compartimentul cu un potential osmotic mare (solutie diluata) in cel cu potential osmotic mic (solutie concentrata) - din aceasta cauza nivelul apei se ridica in compartimentul in care se gaseste faza II, iar diferenta de presiune hidrostatica este menita sa egalizeze presiunea suplimentara in compartimentul I fata de compartimentul II *Presiunea osmotică* este presiunea care trebuie să fie aplicată unei soluții pentru a împiedica trecerea solventului în sensul natural de difuzie printr-o membrană semipermeabilă. ! fenomenul opus: daca asupra compartimentului II exercitam o presiune externa atunci apa revine in compartimentul I = *contraosmoza* Legea van't Hoff Presiunea osmotica depinde liniar de cantitatea componentului difuzabil conform formulei: pi=R(C2-C1)T

Echilibrul Donann

- avem de cele doua parti ale membranei doua specii de ioni pentru care membrana este permeabila, dar si un compus macromolecular (incarcat electric) pentru care membrana nu este permeabila. ---conditii de stabilire a echilibrului Donnan--- 1. toate speciile de ioni care pot penetra membrana sunt distribuite conform ecuatiei date de echilibrul Nernst 2. ambele faze sunt neutre dpv electric (conditia de electroneutralitate) pp ca ionii A si B au sarcina +1 respectiv -1, iar compusul macromplecular are sarcina +z c¹A - c¹B = c²A - c²B + zc²m ∅=-(RT/F)lnr r=c¹A/c²A=c²B/c¹B r=raportul lui Donnan

Circulatia sangvina

- componenta importanta a proceselor de transport al oxigenului, a diferitelor substante precum aa, ioni, hormoni sau a procesului de termoreglare --- caracteristicile diferite ale sangelui si circulatiei sanguine --- 1. circulatia este *pulsatila* si nu continua 2. sangele *NU* este un lichid newtonian 3. peretii vaselor sunt *elastici* si nu rigizi 4. sangele *nu este un fluid omogen* ci mai mult o suspensie heterogena - partea stanga a inimii pompeaza sange in organism, iar cea dreapta pompeaza inge in plamani AS - VS - aorta - artere - arteriole - capilare - vene - AD - VD - artera pulmonara - plamani - AS - pentru o functionare corecta, sistemul de pompak (inima) trebuie sa asigure o presiune minima. Datorita miscarilor ritmate ale muschilor cardiaci curgerea are loc in pulsuri. presiune maxima = sistolica = 120 mmHg (torr) presiune minima = diastolica = 80 torr presiune medie = 100 torr - presiunea este distribuita uniform in cazul unei persoane aflate in pozitie orizontala - presiunea nu mai este distribuita uniform in cazul unei persoane aflate in pozitie verticala (130 toor la nivelul picioarelor si 60 torr la cap) - putem descrie aspecte fizice si biofizice cu ajutorul elementelor de mecanica a fluidelor: *ecuatia de continuitate* si *legea lui Bernoulli*

Membrane Biologice

- delimiteaza interiorul de exteriorul celulei ---- FUNCTII ---- a) delimiteaza si impart in compartimente, diferite tipuri de structuri garantand, dpv mecanic, integritatea mediilor biologice b) actioneaza ca bariera selectiva in calea anumitor subst (ioni, compusi chimici) in scopul de a mentine concentratii diferite pe cele doua parti c) constituie sediul unor procese biochimice deosebit de importante pt celule d) mediaza interactiunile intre celule, precum si interactiunile interior celula-mediu extern ----PROPRIETATI IMPORTANTE---- 1. sunt structuri asimetrice - cele doua fete ale membranei indeplinesc functii diferite 2. sunt structuri dinamice - se remaniaza in permanenta - structural sunt alc dintr-un bistrat lipidic in care sunt "dizolvate" proteine (integrale sau periferice). proteinele aflate in membrana sunt mobilr - matricea lipidica prezinta parte hidrofila spre ext si hidrofoba spre int. orientarea partilor hidrofile si hidrofobe este un proces natural si este un exemplu de minimizarea a entropiei sistemului

Echilibrul Nerst

- descrie situatia in care, de o parte si de cealalta a unei membrane, avem o specie incarcata electric pentru care membrana este permeabila (penntru celelalte specii membrana nu este permeabila) - este cazul membranelor celulare si distributiilor de ioni de Na⁺, K⁺, Cl²⁻ etc - acestia sunt supusi unor forte datorita diferentei de concentratie dar si datorita diferentei de potential electric. In acest caz exista doua situatii de care trebuie sa tinem cont: a) prima descrie *diferenta de potential chimic* (diferenta de concentratie) de o parte si de cealalta a membranei b) a doua este *interactia electrostatica* (deoarece specia de ioni, aflata de cele doua parti ale membranei este incarcata electric); in cazul in care cele doua concentratii nu sunt egale implicit avem o diferenta de potential transmembranar ∅=V₂-V₁ = - (RT/zF)ln(c2/c1)

Formarea edemelor

- exemplu medical al influentei presiunii osmotice Consideram un vas capilar. Exista doua componente ale presiunii care actioneaza asupra peretelui capilarului 1. *presiunea statica* = 30torr capat arterial si 15torr capat venular 2. presiune osmotica = 25 torr cst la ambele capete si datprata unui numar mai mare de proteine in plasma sanguina la capatul arterial ps>po => apa iese din capilar la capatul venular, po>ps => apa intra in capilar - cat timp fluxul de apa care iese din capilar este aproape egal cu cel care intra in capilar, circulatia se desfasoara in mod normal. In momentul in care fluxul de apa, care iese din capilar, este net superior celui care intra, se produce acumularea de apa la nivelul tesutului respectiv si deci, aparitia unei edeme.

Analizatorul vizual

- preia, transmite si transforma radiatia electromagnetica avand lungimea de unda intre 400-750 nm in stimul propagat prin nervul optic - ofera 70-90% din informatia primita din mediul extern CULOAREA = senzatie produsa la nivelul sistemului nervos central in urma analizarii si interpretarii radiatiei electromagnetice primite de ochi si este legata de lungimea de unda a radiatiei STRUCTURA - sistemul optic este de tip CONVERGENT - la nivelul retinei (celulele cu con si bastonas) are loc conversia semnalului luminos (unda electromagnetica) in semnal electric si transmiterea acestuia prin nervul optic la SNC pentru a fi interpretata - conurile sunt specifice vederii diurne, iar bastonasele vederii nocturne - foveea centralis - doar conuri. In jurul ei se gasesc si bastonase si conuri, iar raportul intre conuri si bastonase descreste, pe masura ce ne departam de fovee, astfel incat la marginile retinei vom gasi numai bastonase !in fovee, fiecarei celule de tip con ii corespunde o legatura la nervul optic ceea ce face ca aceasta regiune sa fie deosebit de sensibila si folosita la analiza detaliilor unei imagini. - aproximatov jumatate din totalul celulelor se gasesc in macula, regiune de app 5-6mm² in jurul foveei centrale ------experimental s-a constatat ca un pul de aproximativ 60 fotoni este suficient pentru a crea un raspuns la nivelul SNC. - din acesti 60 de fotoni 30 sunt imprastiati pe elementele ochiului si doar 30 mai ajung pe retina, estimandu-se ca aproximativ 2 fotoni sunt absorbiti de un bastonas. Aproximativ 2 receptori trebuie stimulati astfel pentru a crea senzatia de vedere - transformarea semnalului luminos in semnal electric se realizeaza printr-un proces de natura chimica (retinalul din rodopsina in urma absorbtiei unui foron sufera o modificare conformationala de tipul 11cis->11trans. Aceasta mica modificare constituie declansarea unei cascade de reactii chimice care se soldeaza cu declansarea potentialului transmembranar - distanta minima- adult: 25cm copii pana la 10ani: 7-8cm batrani peste 60ani:100cm ! pentru a realiza o acomodare buna, de la 25cm la infinit este nevoie de app 4 dioptrii. Capacitatea de acomodare scade cu varsta. pana la 10 ani: 10-14 dioptrii 20-30 ani: 8-10 dioptrii 40 ani: 4 dioptrii dupa 60 ani: sub 2 dioptrii DEFECTE ALE VEDERII MIOPIA - imaginea se formeaza in fata retinei, sistemul convergent al ochiului focalizeaza prea puternic - corectie: lentile divergente HIPERMETROPIA - imaginea se formeaza in spatele retinei, sistemul optic al ochiului focalizeaza prea putin - corectie: lentile convergente ASTIGMATISMUL - focalizare diferita, pe axe diferite, din cauza asimetriei ochiului - corectie: lentile cilindrice capabile sa focalizeze diferit, pe directii diferite

Tubul de raze X

- prezinta un catod si un anod inchisi intr-un tub vidat - tubul este fabricat dintr-o stricla speciala si are un invelis metalic - catodul este constituit dintr-un filament (fabricat dintr-un metal cu pct inalt de topire ca, de ex, wolframul) strabatut de un curent electric (de ordinul amperilor) - datorita efectului termic (incalzirea filamentului sub actiunea curecntului electric) sunt emisi termoelectroni - Accelerarea acestora se face datorita diferentei de potential intre anod si catod. Electronii accelerati de diferenta de potential aplicata intre anod si catod izbesc anodul, producand o emisie de raze X, prin intermediul a doua mecanisme: 1. radiatie de franare - este produsa prin franarea electronilor in campul nuclear. Energia pierduta este regasita sub forma unor fotoni de raze X. Spectrul radiatiei de franare este continuu, iar energia fotonului emis depinde si de energia fotonului incident 2. radiatie caracteristica - obtinuta prin procesul de absorbtie-emisie. Energia radiatiei X caracteristice nu depinde de energia electonilor incidenti. Spectrul caracteristic este un spectru de linii, deci un spectru discret. - Razele X, optinute din anod, sunt directionate catre o fereastra de Be si transmise in exteriorul tubuluio. ! in cazul unei investigatii cu raze X care foloseste un tub de raze X dupa acesta se aseaza un colimator (dispozitiv menit sa faca fasciculul de raze X cat mai mic posibil, dar suficient de mare pentru investigatia dorita) Filtrarea (taierea) unor anumite parti din radiatia produsa de anod se realizeaza in general in doua moduri: a) filtrare inerenta, care reprezinta radiatia pierduta in partile constituente ale tubului b) flitrare adaugata - reprezinta pierderea in flitrele asezate intentionat in drumul radiatiei

Electrocardiograma - principii fizice

- reprezinta gradic rezultatul excitarii simultane a mai multor fibre cardiace - investigatia de rutina foloseste electrozii legatii dupa principiul triunghiului lui Einthoven (mana stanga, mana dreapta si piciorul stang) P = depolarizarea atriului PQR = depolarizarea ventriculului T = repolarizare ventriculara Unda de depolarizare este initiata din nodul sino-atrial (SA) (SA nu are canalele de Na+, depolarizarea datorandu-se canalelor de Ca) - dupa depolarizarea a pornit din nodul SA, ea se raspandeste la nivelul atriilor. Cand cele doua atrii sunt complet depolarizate nu mai este front de depolarizare - depolarizare se propaga catre ventricule prin nodul atrioventricular (AV) dupa care se transmite rapid in cele dou ventricule V = (pr/4πεr³) V = diferenta de potential dintre 2 electrozi aflati la distanta r unul de celalat si echidistanti fata de dipolul sursa

Ecografie

- se bazeaza pe interactia ultrasunetelor cu tesutul viu - frecventele ultrasunetelor folosite in domeniul medical sunt intre 2 si 20 MHz investigatii abdominale - 3MHz copii - 5MHz regiuni superficiale - 10MHz investigatii la nivelul globului ocular - 25-30MHz cornee - 100MHz - producerea ultrasunetelor se realizeaza cu ajutorul unor dispozitive speciale capabile sa oscileze cu frecventa inalta (ex, dispozitive continand cristale de cuart) - viteza ultrasunetelor este mai mare in solide decat in lichide care, la randul lor, sunt medii in care ultrasunetele se propaga cu o viteza mai mare decat in gaze. - La trecerea ultrasunetelor printr-un obiect (tesut sau organ) sau la granita de trecere dintre doua zone diferite au loc cateva fenomene fizice importante: A] La trecerea dintr-un mediu in altul - o parte a undei este reflectata (se intoarce in mediul din care a venit); aceasta este captata si analizata - alta parte a undei este transmisa (refractata in nou mediu) B] Dupa trecerea in noul mediu: - o parte este imprastiata (aceasta se pierde, neregasindu-se in procesul de prelucrare a informatiei) - o alta parte este absorbita de tesutul analizat, energia pierduta regasindu-se, in general, sub forma de caldura - o parte se propaga in continuare, ajugand la urmatoarea zona de trecere, intr-un alt mediu (structura diferita) unde au loc, din nou, fenomenele de la punctul a, intre procesul repetandu-se - Analiza ecografica se bazeaza pe masurarea intensitatii undei reflectate la interfata a doua structuri diferite !dezavantaj: odata cu cresterea frecventei folosite cresc si pierderile datorate fenomenelor de absorbtie si/sau imprastiere. Acest fapt explica, de exemplu, frecv reduse folosite in domeniul investigatiilor toracelui respectiv frecventele inalte folosite in cazul investigatiilor care nu necesita putere mare de penetrare. MODURI PRINCIPALE DE FUNCTIONARE A UNEI ANALIZE ECOGRAFICE MODUL A - se bazeaza oe inregistrarea semnalului (amplitudinea acestuia) reflectat, cu ajutorul unui dispozitiv de tip osciloscop MODUL B - folosita uzual, se masoara intensitatea, I, a semnalului provenit (reflectat) dintr-un punct al tesutului si se atribuie, pe un ecran, o noanta de gri proportionala cu intensitatea masurata. - poate fi static ( imaginea este obtinuta ca o mediere pe o anumita durata de timp, pe masura ce pacientul este scanat cu ultrasunete) sau dinamic (imaginile nu sunt mediate, sosesc una dupa alta. In acest mod, aproximativ cateva sute de linii (directii pot fi urmarite pe durata unei inregistrari ("frame"). Numarul acestor directii poate fi marit prin interpolare astfel incat se ajunge la valori de ordinul 512-1024 linii. - inregistrarea ecografica se realizeaza cu ajutorul unui gel aplicat pe piele care face ca partea reflectata sa fie mult mai mica. Pentru structuri dinamice se poate folosi ecografia Doppler bazata pe efectul Doppler. Efectul Doppler este dat de modificarea frecventei unei oscilatii atunci cand aceasta interactioneaza cu un obiect aflat in miscare, variatia de frecventa, Δf = f'-f=f'(v₀/v±v₀) f= frecventa undei detectate f'=frecventa undei originale v=viteza undei v0=viteza obiectului in miscare Cunoscand frecventa undei transmise spre obiectul aflat in miscare si masurand frecv undei detectate, se poate masura viteze de miscare a obiectului, deci si pozitia dinamica a acestuia ARTEFACTE - structuri aparute pe imaginea obtinuta care nu se datoreaza unei modificari a parametrului inregistrat ci sunt datorate fie unei erori de masurare, fie unor calibrari mai putin precise ale aparaturii fie unor erori in prelucrarea matematica a datelor etc.

Analizatorul auditiv

- stimul: variatia de presiune - urechea umana distinge unde sonore avand frecventa in int. 20-20000Hx, maximul de sensibilitate: 3000-4000Hz - Urechea externa conduce unda sonora spre membrana timpanica. !Canalul timpanic este rezonant la frecvente de aproximativ 3000Hz, fapt ce explica sensibilitatea maxima a auzului pentru frecvente in acest domeniu. - Urechea medie preia variatiile de presiune, ajunge pe membrana timpanica si, dupa amplificare, le transmite mai departe urechii interne prin intermediul membranei ferestrei rotunde. - prin fereastra ovala, urechea medie comunica cu ureche interna la nivelul careia se gaseste cohleea ce prezinta celule ciliate unde are loc traducerea semnalului mecanic dat de diferentele de presiune - la 3000Hz urechea umana poate detecta un sunet cu intensitatea de 10⁻¹²W/m². Pragul auditiv inferior este dat de aceasta valoare si reprezinta intensitatea acustica minima, care provoaca o senzatie auditiva in 50% dintre cazuri Ia = 10log(I/10⁻¹²W/m²) I = intensitatea sunetului exprimata in W/m² Ia = intensitatea acustica exprimata in dB PRESIUNEA ACUSTICA = diferenta intre presiunea totala (p statica + p datorata undei sonora) la un moment dat si presiune statica (de cele mai multe ori p atm) presiune acustica minima este corespunzatoare valorii de 10⁻¹²W/m² si are valoare de 2x10⁵N/m (Pa) Pa = 20log (P/ 10⁻¹²W/m²) P - presiunea undei acustice exprimata in N/m² Pa = presiune acustica exprimata in dB - taria si intensitatea vocii - caracterizam intensitatea acustica - timbrul - caracterizam compozitia spectrala a int acustice - inaltimea - frecventa undei acustice

Transport pasiv. Transport activ

------MICROTRANSPORT------ TRANSPORT PASIV -entropic, in sensul gradientului de concentratie sau al altor tipuri de gradienti al elementului respectiv A) Difuzie simpla - realizata prin a1) matricea lipidica a2) canale ionice: selective sau neselective B) Difuzie facilitata: transportori nedifuzabili sau formatori de pori TRANSPORT ACTIV -antientropic, in sens opus gradientului de concentratie sau al altor tipuri de gradienti al elementului respectiv ATP --> ADP + Pi + E - procesele de TA implica existenta unor structuri enzimatice denumite "pompe ionice". Cel mai cunoscut exemplu este cel al pompei de Na+ - K+. 3Na+int + 2K+ext --> 3Na+ext + 2K+int + ADP + Pi

Tipuri de laseri in medicina

1. Laserii cu Nd: YAG si Nd: YLF cristal de Y₃Al₅O₁₂ impurificat cu ioni de Nd³⁺ cristal de YLiF₄ impurifiat cu ioni de Nd³⁺ - functioneaza in regim continuu si pulsatil - regimurile pulsate includ pulsuri foarte scurte (30-12) si pulsuri lungi (sute de ns pana la sute de μs) - lungime de unda: 1064 nm Nd:YAG sau 1053 Nd:YLF Radiatia cu lungime de unda de 1064 nm are o adancime de penetrare mai mare si este folosita, in general, pentru coagularea maselor tumorale, pentru tratamentul hemangioamelor adanci si a leziunilor precanceroase ale pielii sau oprirea hemoragiilor gastrice Aplicatii: stomatologie, oftalmologie, chirurgie, dermatologie 2. Laser cu CO2 - mediu activ: plasma de CO2 la care se adauga azot si heliu pentru sporirea eficientei - lungimile de unda: in infrarosu indepartat la 10,6 μm si 9.6 μm, dar in domeniul 8-11 μm radiatia laser poate genera la mai multe lungimi de unde - functioneaza in regim continuu sau pulsatil - folosit in excizia unor tesuturi sau vaporizarea unor leziuni !lungimea de unda la care functioneaza este puternic absorbita de apa, acest fapt traducandu-se intr-o putere de penetrare mica Aplicatii: oftalmologie si chirurgie 3. Diode Laser - mediu activ: material semiconductor - lungimi de unda in domeniul vizibil (mai ales, rosu si infrarosu apropriat) - in ultimii ani, insa, au fost dezvoltate si diode care acopera o parte din lungimile de unda din domeniul ultravioletului apropriat-vizibil. - dispozitive fiabile, compacte, cost redus Aplicatii: biostimulare, incalzirea anumitor tesuturi, taieri, interventii oftalmologice 4. Laserul cu Er:YAG mediu activ: cristal de YAG impurificat cu Er3+ poate fi polosit si cristal de YAG impurificat cu medii ceramice - functionare continua si pulsatila - lungimi de unda de 2.9-3 μm, fiind din aceasta cauza puternic absorbit de apa Aplicatii: chirurgia tesuturilor osoase sau stomatologie 5. Laserul cu Ar - mediu activ:Ar aflat la o presiune de 1 torr - furnizeaza radiatii cu mai multe lungimi de unde, dintre care cele mai importante sunt 488 nm si 514.5nm - regim continuu aplicatii deosebite in oftalmologie

Principiul I al termodinamicii

ENUNT : *Variatia de energie interna a unui sistem este diferenta intre caldura primita de sistem si lucrul mecanic efectuat de acesta avand expresia: deltaU=Q-L* - conventie - * lucrul mecanic este POZITIV *daca este efectuat de sistem* si NEGATIV *daca este efectuat de mediul inconjurator asupra sistemului * caldura este POZITIVA *daca este primita de sistem* si NEGATIVA *daca este cedata de catre acesta* - P1 al TD este, de fapt, *o lege de conservare a energiei*. Un punct slab in enuntarea acestuia este faptul ca se permite transformarea integrala a caldurii primite in lucru mecanic.

Energia libera Gibbs pentru o ecuatie chimica

G - functie de stare variatia, ∆G, la presiune si temperatura cst este pt o ecuatie biochimica de forma: aA+bB -> cC +dD a,b,c,d nr. de moli A,B,C,D specii chimice data de formula: ∆G=∆G0 + RTln([C]^c[D]^d)/[A]^a[B]^b) ∆G0 - energie libera standard ∆G0 = 0 ec. se gaseste in echilibru, reactie izoenergetica ∆G0 > 0 reactie endergonica, reactia nu are loc spontan ∆G0 < 0 reactie exergonica, reactie spontana

Potentialul de actiune

PROPRIETATI 1. se produce numai daca stimulul depaseste o valoare prag 2. se supune legii "totul sau nimic" 3. intensitatea lui nu depinde de intensitatea stimulului 4. se propaga in lungul axonului, fara a se atenua (nu este localizat spatial) 5. frecventa cu care se produc potentialele de actiune depinde de intensitatea stimulului - partea ascendenta = depolarizarea - -> data de deschiderea canalelor de Na⁺ care introduc acest ion in celula pozitivand interiorul celular fata de ext - partea descendenta = repolarizare - -> se deschid canalele pentru K⁺ (acesta iese) sau cele de Cl⁻ (acesta intra )

Proprietati ale radiatiei laser. Mecanisme ale interactiei radiatiei laser-tesut

Proprietati ale radiatiei laser 1. Coerenta - proprietate colectiva, permite interactia intre pachetele de unde si conduce la aparitiza fenomenelor de interferenta si difractie 2. Monocromaticitate - proprietatea radiatiei laser de a avea o singura lungime de unda pentru toti foronii constituenti 3. Directionalitate - proprietatea de a avea o directie bine stabilita 4. Stralucire - prop. de a avea o densitate energetica mult superioara unei surse de lumina alte caracteristici: puterea, lungimea de unda, durata si intensitatea Mecanisme ale interactiei radiatiei laser-tesut 1. Absorbtia - descrie modul in care o parte din energia fascicolului incident este inmagazinata in mediul strabatut de acesta 2. Reflexie si Refractie proprietatea unei unde electromagnetice ca, la zona de granita intre doua medii diferite, sa se imparta in doua unde: unda reflactata si refractata. parametru important: indicele de refractie n al mediului 3. Imprastiere - descrie modul in care radiatia isi schimba directia la intalnirea cu un obstacol a) imprastiere elastica (fotonii incidenti si imprastiati au aceeasi frecventa) a1. Imprastierea Rayleigh - in cazut in care dimensiunea particulelor, pe care are loc imprastierea, este mai mica decat lungimea de unda a radiatiei fotonice a2. Imprastierea Mie - invers b) imprastiere inelastica ( fotonii incidenti si imprastiati au frecvente diferite). In tesuturile biologice sunt slabe

Radiatie nucleara (legi dezintegrare, dozimetrice). Medicina nucleara (scintigrafie, SPECT, PET)

RADIATIA NUCLEARA - legea de dezintegrare - Λ (t) =Λ0 e^ λt 1Ci = 3,7×10 10 Bq. - dozimetrice - MEDICINA NUCLEARA - scintigrafie - - injectarea intravenoasa a unui marker radioactiv - stabilizarea markerului in regiunile de interes - detectarea semnalului radioactiv - SPECT - - SPECT single photon emission computed tomography - Serie de imagini bidimensionale (scintigrafii) cu ajutorul a doua sau trei camere gamma → generarea unei imagini tridimensionale - PET - PET positron emission tomography - Injectarea unor markeri capabili să emită pozitroni - Anihilarea pozitronilor generează doi fotoni de 511Kev având traiectorii la 180 0 - Combinaţii PET/CT sau PET/RMN - Rezoluţie 3÷6 mm, SNR mult mai bun decât SPEC

Radiografie. Tomografie Computerizata

RADIOGRAFIA - cea mai simpla metoda imagistica care foloseste raze X - prin pacient este trecut un fascicul de raze X iar radiatia obstinuta este inregistrata pe un film fotografic. Atunci cand radiatia X interactioneaza cu pacientul, cu structurile moleculare ale tesuturilor sau organelor ce se gasesc in calea fasciculului, au loc mai multe procese: absorbtie, imprastiere elestica sau inelastica Legea de atenuare a unui fascicul de radiatie la trecere printr-un obiect este data de: I=I₀e⁻µd (la exponent) Dupa ce a strabatut pacientul, o parte din radiatie (cea care nu a fost absorbita sau imprastiata) ajunge pe filmul fotografic. - filmul radiologic este impresionat proportional cu intensitate radiatiei care a trecut prin pacient. ex: daca tesutul prin care a trecut radiatia este unul cu densitate mare (tesut osos) coeficientul de atenuare masic este mare si int. radiatiei care ajunge la filmul radiologic este mic => filmul este slab impresionata, iar culoarea din acea regiune este alba. densitatea optica OD= log (1/T) !Grila are scopul de a reduce radiatia imprastiata de organism la unghiuri mari si care nu incorporeaza informatie necesara formarii imaginii, dar care, ajunsa pe film, poate produce o innegrire suplimentara, falsa. CT--------------- - tub de raze X care produce un fascicul ingus de radiatie X care, dupa ce strabate corpul pacientului, se inregistreaza cu ajutorul unor detectori speciali - permite obtinerea unui contrast superior - ofera o harta tridimensionala a pacientului Tubul de raze X si detectorii sunt asezati pe marginea unui dispozitiv in forma de cerc pe care se pot roti, ramanand insa permanent in opozitie. Pacientul este asezat in centrul acestui cerc, astfel incat razele X emise de tub sa-l strabata, inainte de a fi detectate. Cu ajutorul unor mecanisme, tubul de raze X si detectorii sunt rotiti solidar, ai se inregistreaza mai multe radiografii (img bidimensionale) din mai multe directii, dar ale aceluiasi obiect din care, cu ajutorul unor proceduri matematice, se pooate reconstrui imaginea tridimensionala a obiectului analizat. CT=(µ-µa)1000/µa - pentru inbogatirea rezolutiei se folosesc subst de contrast administrate intravenos