Metody optyczne w medycynie

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Metody optyczne w medycynie"

Klaudia Borkowska
8 lat temu
Przeglądów:

1 Metody optyczne w medycynie Podstawy oddziaływania światła z materią E i E t E t = E i e κ ( L) i( n 1)( L) c e c zmiana amplitudy (absorpcja) zmiana fazy (dyspersja) Tylko światło pochłonięte może wywołać efekty bio/foto/chemiczne (prawo Grotthusa-Drapera) konieczne absorpcja - chromofory 1

2 Własności optyczne ciał absorpcja (κ) prawo Lamberta-Beera, I (, N, L) = a(, N ) L współczynnik absorpcji a=4πκ/λ (λ dł. fali świetlnej), absorbancja A = al (gęstość optyczna); A = log I/I 0. (W analityce współczynnikiem absorpcji określa się niezależną od stężenia c wielkość ε, związaną z absorbancją i a relacją A = ε c L) I 0 e a( ) T=I/I o λ 0 2

dyspersja (n) zmiana fazy n( ) 1 0-0 0 1 0 a n a) mikroskopia (kontrast fazowy) b) anizotropia optyczna aktywność optyczna (skręcenie płaszczyzny polaryzacji

3 dyspersja (n) zmiana fazy n( ) a n a) mikroskopia (kontrast fazowy) b) anizotropia optyczna aktywność optyczna (skręcenie płaszczyzny polaryzacji polarymetria) P A α = (πl/λ)(n + -n - ), - skręcenie miarą dwójłomności (aktywności optycznej) ważna metoda analityczna dla pomiarów stężenia cukrów (sacharymetria) 3

4 Absorpcja tkanek przykładowe widma laser Ar + HbO pigment lampa łukowa soczewka & rogówka 4

5 Chromofory a) endogenne: melanina, hemoglobina, rodopsyna, kwasy nukleinowe (UV), karoten, chlorofil,... b) egzogenne barwniki kationowe (tiazyny: błękit metylowy, tiopyronina) - na zewnątrz komórki - w reakcji fotodynamicznej niszczą błony komórkowe fluoresceiny (np. róż bengalski, eozyna) i porfiryny lokują się w cytoplaźmie niszczenie str. cytoplazmatycznych, enzymów i RNA akrynidy łączą się z DNA - mutacje 5

6 Pomiary spektroskopowe ogólna metodyka - spektroskopia absorpcyjna lampa spektr. próbka detektor spektroskop/ monochromator zdolność rozdzielcza ( instr doppler ) T T λ λ 6

7 zastosowanie laserów lampa spektr. próbka detektor spektroskop/ monochromator laser przestraj. próbka detektor kolimacja zwiększ. czułości (drogi opt.) T T λ λ 7

8 Inne rodzaje spektroskopii optycznej: spektroskopia dyspersyjna, polarymetria spektroskopia emisyjna rozpraszanie światła (Rayleigha, Ramana) Widma molekularne stany singletowe i trypletowe możliwe przejścia S 2 S 1 T 2 A FL FS T 1 FLO S 0 metody fluorescencyjne 8

9 Mechanizm aktywacji chromoforu przez światło: S T 2 S τ s T 1 τ s Światło IR wzbudza drgania i rotacje cząsteczek ciepło ablacja, koagulacja, Światło UV i VIS wzbudza przejścia elektronowe selektywne reakc fotochemiczne z otoczeniem Ważne nowe źródła światła dla odparowanie, elektronowych wzbudzeń 9

10 Źródła światła: 1. Lampy a) szerokopasmowe, rozkład Plancka I 2hc ( λ ) = 5 λ 2 e 1 hc λk T B 1 b) lampy selektywne np. niebieskie do terapii hyperbilirubinemii i łuszczycy c) lampy monochromatyczne np. Hg źródło UVC, kwarcówka, (253,7 nm) 10

11 2. Lasery Własności promieniowania laserowego - duża intensywność (spektralna i przestrzenna gęstość mocy) - monochromatyczność - kolimacja - spójność - polaryzacja - przestrajalność (lasery barwnikowe, Ti:szafir i diodowe) - możliwość generacji ultrakrótkich impulsów Przykład zestawu przestrajalnego lasera barwnikowego ze wzmacniaczem (podobnie jest zbudowany laser Ti:szafir, który zamiast kuwety z barwnikiem ma kryształ szafiru dopowany tytanem). Lasery takie działają impulsowo lub w sposób ciągły. l.n 2 laser azotowy kreuje inwersję obsadzeń poziomów molekuł barwnika (impulsy 2-10 ns). Stosowne są też inne typy laserów. SC soczewki cylindryczne (ogniskują wiązkę pompującą). KO komórka barwnikowa oscylatora (lasera). KW komórka barwnikowa wzmacniacza. SD siatka dyfrakcyjna do przestrajania lasera. (inne elementy mniej ważne dla zrozumienia układu) 11

Barwniki laserowe -umożliwiają przestrajanie długości fali laserów barwnikowych dzięki odpowiedniej strukturze poziomów energetycznych (szerokie,

Zakresy widmowe akcji laserowej możliwej przy użyciu różnych barwników: Lasery diodowe umożliwiają akcję laserową głównie w zakresie ok.

12 Barwniki laserowe -umożliwiają przestrajanie długości fali laserów barwnikowych dzięki odpowiedniej strukturze poziomów energetycznych (szerokie, ciągłe pasma i wysoka wydajności kwantowa fluorescencji. Zakresy widmowe akcji laserowej możliwej przy użyciu różnych barwników: Lasery diodowe umożliwiają akcję laserową głównie w zakresie ok nm (choć tzw. lasery niebieskie sięgają też już do ok. 400 nm). Mogą być przestrajane przez zmianę temperatury w zakresie znacznie mniejszym niż lasery barwnikowe. Są za to małe, proste w obsłudze i ekonomiczne, 3. Diody elektroluminescencyjne (LED) 12

Podobne dokumenty

Metody optyczne w medycynie

Metody optyczne w medycynie Podstawy oddziaływania światła z materią E i E t E t = E i e κ ( ω L) i( n 1)( ω L) c e c zmiana amplitudy (absorpcja) zmiana fazy (dyspersja) Tylko światło pochłonięte może